JP2007527326A

JP2007527326A - サブミクロンスケールの既存のマイクロ構造を改変するための超高速レーザ直接描画方法

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Publication number: JP2007527326A
Application number: JP2007501864A
Authority: JP
Inventors: リーミン; 石塚　　誠
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2007-09-27
Also published as: US20070062918A1; US20050191771A1; WO2005084872A1

Abstract

照明波長の回折限界よりも大きな位置揃え公差を達成するように、レーザマイクロ加工システムを予備較正する方法。ビームスポットが上面に入射するように、ブランクをシステム中に装着する。ブランクに２つのマークをアブレーションする。マークの中心は所定距離離れている。ブランクを光で照明し、デジタルカメラで撮像する。得られた画像は、各画素が、照明波長の半分未満である、被撮像面上のある距離に対応する幅を有するようなスケールにされる。マークの中心間の画素数がこの距離を決定する。画像におけるマークの位置を決定し、デジタルカメラによって撮像される表面に対して座標系を定義する。この座標系におけるビームスポットの座標もまた、第２のマークを用いて決定される。

Description

本発明は、既存のマイクロ構造上のサブミクロン要素のマイクロおよびナノはｔｓ加工のための単純化された方法に関する。本方法はまた、汎用の電子機械的マイクロ構造の大量カスタマイゼーションを可能にする。

製品の小型化につれ、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）、マイクロ光学デバイスおよびフォトニック結晶への需要が高まっている。この需要に対応して、マイクロおよびナノ加工への関心が高まっている。ＭＥＭＳには無数のアプリケーションの可能性がある。生物学とマイクロエレクトロニクスのように、以前には無関係だった分野間に比類なき相乗効果を可能にする画期的な技術として、多くの新しいＭＥＭＳアプリケーションが出現しており、また近い将来においてさらに多くが出現する可能性があり、現在認識されているあるいは公知のものを越えて広がろうとしている。また量子電気デバイス、マイクロ光学デバイスおよびフォトニック結晶においてさらなるアプリケーションが出現しつつある。

現在関心を持たれているアプリケーションをいくつか列挙する。

量子電気デバイス
量子計算などのアイデアへの関心から、セルラーオートマトンや結合量子ドット技術などの、より小さな寸法を要求するデバイスの開発がなされている。透過電子の量子効果を利用してマイクロ波回路の効率を増大し得る、共鳴トンネルダイオードなどの共鳴トンネルデバイスは、特に微細な要素を必要とする。

マイクロ光学
マイクロ加工技術の光学系への応用は、階調技術などの光学製造において数々の進歩をもたらしてきた。階調技術は、達成し得る最高の光学性能を可能にする、様々な形状の作製を可能にする。伝統的なバイナリオプティクスは、理想的な表面形状を「階段状」にした近似に依拠する。階調は、その理想形状を実際に作製することができる。曲線、傾斜面(ramps)、トロイド(torroids)、またはその他の任意の形状が可能である。多機能光学系、マイクロレンズアレイ、ディフューザ、ビームスプリッタ、およびレーザダイオード補正器はすべて、階調技術を用いることにより恩恵を受ける。これらおよび他の光学デバイス（より短波長光用の微細ピッチ格子を含む）は、マイクロ加工を用いて得られるより高い精度の恩恵を受ける。また、マイクロ加工技術の進歩により、ビームシェーパー、連続膜変形ミラー、チューナブルレーザ用移動ミラー、および走査２軸傾動ミラーを含む光学的ＭＥＭＳデバイスが登場している。

フォトニック結晶
フォトニック結晶は、ユニークな性質を有する光学デバイスを作製するために用い得る、人工形態の光学材料を代表するものである。フォトニック結晶は、半導体結晶の電気的性質に類似する多くの光学性質を有するため、現在の電気的半導体回路と同様な光学回路の開発を可能にし得る。フォトニック結晶を形成するために用いられる要素サイズおよび、これらの要素の高精度位置揃え要求が、これらの材料の製造を複雑にする。位置揃え技術の改善ならびに、マイクロ加工システムにおけるより小さな最小要素サイズ能力によって、この領域におけるさらなる発展が得られる可能性がある。

バイオテクノロジー
ＭＥＭＳ技術は、科学および工学において以下のような新しい発見を可能にしている。すなわち、ＤＮＡ増幅および同定のためのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）マイクロシステム、マイクロ加工された走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）プローブチップ、有害な化学および生物物質の検出のためのバイオチップ、および高スループットドラッグスクリーニングおよび選択のためのマイクロシステムである。

通信
共鳴トンネルデバイスの使用により得られ得る進歩に加えて、高周波回路もまた、ＲＦ−ＭＥＭＳ技術の出現により大きく恩恵を受け得る。ＭＥＭＳ技術を用いて作製したインダクタおよびチューナブルキャパシタなどの電気部品は、現在の対応する集積回路に比較して、有意により良く性能し得る。そのような部品を集積することにより、通信回路の性能が改善され得る一方、総回路面積、消費電力およびコストが減少し得る。さらに、いくつかの研究グループによって開発されているように、ＭＥＭＳ機械的スイッチは、様々なマイクロ波回路において多大な潜在能力を秘めたキー部品となり得る。デモンストレーションされたＭＥＭＳ機械的スイッチのサンプルは、以前に利用可能であったいかなるものよりもずっと高いＱファクターを有している。ＲＦ−ＭＥＭＳ部品の信頼性、高精度チューニング、そしてパッケージングは、ＲＦ−ＭＥＭＳ部品が市場においてより幅広く受け入れられるために解決されなければならない重要な問題点である。

マイクロ光学の進歩ならびにフォトニック結晶を用いた新しい光学デバイスの導入によりまた、通信技術は恩恵を受け得る。

加速度計
ＭＥＭＳ加速度計は、自動車両の衝突エアバッグ作動システムにおいて、従来の加速度計に急速にとって代わりつつある。従来のアプローチは、車の前部に実装された別個の部品からなるいくつかのかさ高い加速度計と、エアバッグ近傍の別の電子系とを用いるものである。ＭＥＭＳ技術は、従来のアプローチのコストの１／５から１／１０のコストで、加速度計と電子系とを単一のシリコンチップ上に集積することを可能にした。従来のマクロスケールの加速度計素子に比較して、これらのＭＥＭＳ加速度計はずっと小さく、より機能的であり、より軽く、また信頼性が高い。

マイクロ回路
電子回路のサイズの縮小もまた、ＭＥＭＳ技術が多くの分野に影響し得る領域である。これらのマイクロ回路において部品や接続の密度が高まるにつれ、加工公差は減少する。マイクロ回路の製造における一つの難題は、だんだん位置が近くなりつつある部品やナノ配線間の短絡を防ぐことにある。これらの欠陥を補修する能力を有するマイクロ加工方法によって、歩留まりは有意に増大され得る。

これは、既存のマイクロまたはナノ構造をいかに改変するかと言う、マイクロ加工における特定の難題を表している（すなわちワークピースが既に複雑なマイクロ構造を有する場合）。サブミクロン要素のマイクロ加工は、電子ビーム、紫外線ビーム、およびＸ線リソグラフィ機、ならびに集束イオンビーム機によって支配される領域であった。これらの高コスト技術は通常、高度な真空またはクリーンルーム条件などの、厳しい環境条件を要求する。あるゆるリソグラフィ方法は、複数のマスクを生成しフォトレジストを用いることを包含する、一連の複雑な手順を必要とする。ビーム処理法を用いた場合、適正な処理のためには、高いレベルの精度でビームが正確に所望の位置に導かれることを、この処理は要求する。現在４つの利用可能な技術（レーザ直接描画、集束イオンビーム描画、マイクロ放電機、および光化学エッチング）だけが、この潜在能力を有する。その他の技術（例えばイオンビーム加工(ion beam milling)）は、平坦なウェハ処理においてのみ望ましい。ただし、レーザ直接描画は、（１）光照明下にある周囲大気中での動作、（２）透明材料中で構造を形成する能力、そして（３）低い材料依存性を含む、さらなる利点を有する。

超高速レーザの出現は、サブミクロンレベルの直接描画を可能にする。１９９９年後半および２０００年前半にかけて、３８７ｎｍのＵＶ波長を有するフェムト秒レーザにより、平坦なＳｉ−Ｏｎ−ＳｉＯ₂基板に〜２００ｎｍのエアホールを４２０ｎｍのピッチサイズで加工する能力が示された。このデモンストレーションは、１Ｄ導波路フォトニック結晶における要素サイズ（＜２００ｎｍ）要件およびピッチサイズ（＜４２０ｎｍ）要件の両方を満たすものであった。次のステップは、狭い導波路上に小さなホールをドリル開けして１Ｄフォトニック結晶を作製することの研究であった。超高速レーザは、マイクロ、ナノ加工において非常に用途の広いツールであることがわかっている。超高速レーザビーム加工を用いた、〜１００ｎｍという小さい要素サイズが現在示されている。しかし依然として、既存のマイクロ構造上のナノ構造へのレーザビームの位置揃えは困難な問題である。

本発明の実施形態例は、サブミクロン要素上に少なくとも１つの微細要素を有する量子電子デバイスを製造する方法である。微細要素は、製造中においてデバイスを撮像するために用いられる光の照明波長未満の公差でサブミクロン要素上に配置される。上面にサブミクロン要素を有する量子電子デバイスプリフォームを用意する。上記照明波長を有する光で量子電子デバイスプリフォームの上面を照明し、デジタルカメラで撮像する。これにより、画素マトリックスを含む、上面の位置揃え像が生成される。位置揃え像は、各画素が、照明波長の半分未満である、量子電子デバイスプリフォームの上面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされる。位置揃え像および一定距離を用いて、量子電子デバイスプリフォームの上面に対する画像座標系を定義する。位置揃え像を用いて、画像座標系における、基準点の座標およびサブミクロン要素の向きを決定する。また、位置揃え像を用いて、画像座標系におけるマイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標を決定する。基準点の座標およびサブミクロン要素の向きならびにビームスポットの初期座標を用いて、マイクロ加工レーザのビームスポットを、量子電子デバイスプリフォームのサブミクロン要素の一部分上に位置揃えする。マイクロ加工レーザで量子電子デバイスプリフォームのデバイス材料を加工することによって、微細要素（単数または複数）をサブミクロン要素上に形成し、量子電子デバイスを完成する。

本発明の別の実施形態例は、サブミクロン要素上に少なくとも１つの微細要素を有するマイクロ光学デバイスを製造する方法である。微細要素は、製造中においてデバイスを撮像するために用いられる光の照明波長未満の公差でサブミクロン要素上に配置される。上面にサブミクロン要素を有するマイクロ光学デバイスプリフォームを用意する。上記照明波長を有する光でマイクロ光学デバイスプリフォームの上面を照明し、デジタルカメラで撮像する。これにより、画素マトリックスを含む、上面の位置揃え像が生成される。位置揃え像は、各画素が、照明波長の半分未満である、マイクロ光学デバイスプリフォームの上面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされる。位置揃え像および一定距離を用いて、マイクロ光学デバイスプリフォームの上面に対する画像座標系を定義する。位置揃え像を用いて、画像座標系における、基準点の座標およびサブミクロン要素の向きを決定する。また、位置揃え像を用いて、画像座標系におけるマイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標を決定する。基準点の座標およびサブミクロン要素の向きならびにビームスポットの初期座標を用いて、マイクロ加工レーザのビームスポットを、マイクロ光学デバイスプリフォームのサブミクロン要素の一部分上に位置揃えする。マイクロ加工レーザでマイクロ光学デバイスプリフォームのデバイス材料を加工することによって、微細要素（単数または複数）をサブミクロン要素上に形成し、マイクロ光学デバイスを完成する。

本発明の別の実施形態例は、サブミクロン要素上に少なくとも１つの微細要素を有するマイクロメカニカルオシレータを製造する方法である。微細要素は、製造中においてデバイスを撮像するために用いられる光の照明波長未満の公差でサブミクロン要素上に配置される。上面にサブミクロン要素を有するマイクロメカニカルオシレータプリフォームを用意する。上記照明波長を有する光でマイクロメカニカルオシレータプリフォームの上面を照明し、デジタルカメラで撮像する。これにより、画素マトリックスを含む、上面の位置揃え像が生成される。位置揃え像は、各画素が、照明波長の半分未満である、マイクロメカニカルオシレータプリフォームの上面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされる。位置揃え像および一定距離を用いて、マイクロメカニカルオシレータプリフォームの上面に対する画像座標系を定義する。位置揃え像を用いて、画像座標系における、基準点の座標およびサブミクロン要素の向きを決定する。また、位置揃え像を用いて、画像座標系におけるマイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標を決定する。基準点の座標およびサブミクロン要素の向きならびにビームスポットの初期座標を用いて、マイクロ加工レーザのビームスポットを、マイクロメカニカルオシレータプリフォームのサブミクロン要素の一部分上に位置揃えする。マイクロ加工レーザでマイクロメカニカルオシレータプリフォームのデバイス材料を加工することによって、微細要素（単数または複数）をサブミクロン要素上に形成し、マイクロメカニカルオシレータを完成する。

本発明のさらなる実施形態例は、サブミクロン要素上に少なくとも１つの微細要素を有する、マイクロ構造のための鋳型を製造する方法である。微細要素は、製造中において鋳型を撮像するために用いられる光の照明波長未満の公差でサブミクロン要素上に配置される。上面にサブミクロン要素を有する鋳型プリフォームを用意する。上記照明波長を有する光で鋳型プリフォームの上面を照明し、デジタルカメラで撮像する。これにより、画素マトリックスを有する、上面の位置揃え像が生成される。位置揃え像は、各画素が、照明波長の半分未満である、鋳型プリフォームの上面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされる。位置揃え像および一定距離を用いて、鋳型プリフォームの上面に対する画像座標系を定義する。位置揃え像を用いて、画像座標系における、基準点の座標およびサブミクロン要素の向きを決定する。また、位置揃え像を用いて、画像座標系におけるマイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標を決定する。基準点の座標およびサブミクロン要素の向きならびにビームスポットの初期座標を用いて、マイクロ加工レーザのビームスポットを、鋳型プリフォームのサブミクロン要素の一部分上に位置揃えする。マイクロ加工レーザで鋳型プリフォームの鋳型材料を加工することによって、微細要素（単数または複数）をサブミクロン要素上に形成し、マイクロ構造のための鋳型を完成する。

本発明のさらに別の実施形態例は、フォトニック結晶に欠陥を形成する方法である。フォトニック結晶ワークピースを用意する。フォトニック結晶ワークピースの上面は、位置揃え部と、フォトニック結晶部とを有する。フォトニック結晶部は、格子間材料中に形成された複数のエアホールを有する。各エアホールは、欠陥形成中においてデバイスを撮像するために用いられる照明波長未満の直径を有しており、エアホールのうち２つの中心は所定距離離れている。マイクロ加工レーザによって、フォトニック結晶ワークピースの位置揃え部に、原点マークをアブレーションする。上記照明波長を有する光でフォトニック結晶ワークピースの上面を照明し、デジタルカメラで撮像する。これにより、画素マトリックスを含む、上面の位置揃え像が生成される。位置揃え像は、各画素が、照明波長の半分未満である、フォトニック結晶ワークピースの上面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされる。位置揃え像における、所定距離によって隔てられた２つのエアホールの中心間の画素数に基づいて、一定距離を決定する。位置揃え像における原点マークの位置、画素マトリックス、および上記一定距離を用いて、位置揃え像における較正マークの中心の位置を決定し、フォトニック結晶ワークピースの上面に対する画像座標系を定義する。位置揃え像を用いて、画像座標系における、フォトニック結晶ワークピースのエアホールの中心の座標を決定する。また、位置揃え像における原点マークの位置を用いて、画像座標系における、マイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標を決定する。エアホールの座標およびビームスポットの初期座標を用いて、マイクロ加工レーザのビームスポットを、フォトニック結晶部の欠陥位置上に位置揃えする。マイクロ加工レーザでフォトニック結晶部の欠陥位置における格子間材料を加工することによって、欠陥を形成する。本発明のまたさらなる実施形態例は、改善する方法である。

本発明のまたさらなる実施形態例は、各カスタマイズされたマイクロ構造がカスタム化要素のセットのうち少なくとも１つを有するように、レーザマイクロ加工システムによってマイクロ構造を大量カスタマイゼーションする方法である。複数のマイクロ構造プリフォームが用意される。これらのマイクロ構造プリフォームのそれぞれは、上面上のサブミクロン要素を有する。用意されたマイクロ構造プリフォームのうちあるマイクロ構造プリフォームを選択し、カスタム化要素のうち少なくとも１つ要素をこのマイクロ構造プリフォームに対して選択する。選択されたカスタム化要素は、カスタマイゼーション中においてマイクロ構造を撮像するために用いられる照明波長未満の公差でサブミクロン要素上に配置される。レーザマイクロ加工システム中において、選択されたマイクロ構造プリフォームを粗位置揃えする。上記照明波長を有する光で選択されたマイクロ構造プリフォームの上面を照射し、デジタルカメラで撮像する。これにより、画素マトリックスを含む、上面の位置揃え像が生成される。位置揃え像は、各画素が、照明波長の半分未満である、選択されたマイクロ構造プリフォームの上面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされる。位置揃え像および一定距離を用いて、選択されたマイクロ構造プリフォームの上面に対する画像座標系を定義する。位置揃え像を用いて、画像座標系における、基準点の座標およびサブミクロン要素の向きを決定する。また、位置揃え像を用いて、画像座標系における、マイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標を決定する。次に、基準点の座標およびサブミクロン要素の向き、ビームスポットの初期座標、および選択されたカスタム化要素（単数または複数）を用いて、マイクロ加工レーザのビームスポットを、選択されたマイクロ構造プリフォームのサブミクロン要素の一部分上に位置揃えする。マイクロ加工レーザで、選択されたマイクロ構造プリフォームのデバイス材料を加工することによって、カスタム化要素（単数または複数）を、選択されたマイクロ構造プリフォームのサブミクロン要素上に形成することにより、カスタマイズされたマイクロ構造を形成する。用意されたマイクロ構造プリフォームのそれぞれについて、この手順を繰り返す。

本発明のまた別の実施形態例は、上面上にサブミクロン欠陥を有するマイクロ構造をレーザマイクロ加工システムによって補修する方法である。サブミクロン欠陥の加工は、補修中においてマイクロ構造を撮像するために用いられる照明波長未満の精度で行われる。欠陥を有するマイクロ構造を、欠陥を有するマイクロ構造に隣接した位置揃え面を有する補修マウントに結合する。レーザマイクロ加工システム中において、マイクロ加工レーザのビームスポットが位置揃え面に入射するように、補修マウントを粗位置揃えする。マイクロ加工レーザによって、補修マウントの位置揃え面に、較正マークをアブレーションする。照明波長を有する光で、欠陥を有するマイクロ構造の上面および補修マウントの位置揃え面を照明し、デジタルカメラで撮像する。これにより、画素マトリックスを含む、これらの面の位置揃え像が生成される。位置揃え像は、各画素が、照明波長の半分未満である、被撮像面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされる。位置揃え像における較正マークの中心の位置を決定し、位置揃え像、位置揃え像における較正マークの中心の位置、および上記一定距離を用いて、選択されたマイクロ構造プリフォームの上面に対する画像座標系を定義する。位置揃え像を用いて、画像座標系における、欠陥を有するマイクロ構造の上面のサブミクロン欠陥の座標を決定する。また、位置揃え像における較正マークの中心の位置を用いて、画像座標系におけるマイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標を決定する。次に、サブミクロン欠陥の座標およびビームスポットの初期座標を用いて、マイクロ加工レーザのビームスポットを、欠陥を有するマイクロ構造のサブミクロン欠陥の一部分上に位置揃えする。マイクロ加工レーザで欠陥を有するマイクロ構造のデバイス材料を加工することによって、欠陥を有するマイクロ構造のサブミクロン欠陥を補修する。

本発明のさらに別の実施形態例は、少なくとも１つのサブミクロン要素を有する、予め存在するマイクロ構造の加工のための予備較正において用いられる照明波長の回折限界よりも大きな位置揃え公差を達成するように、レーザマイクロ加工システムを予備較正する方法である。レーザマイクロ加工システムのマイクロ加工レーザのビームスポットが位置揃えブランクの上面に入射するように、位置揃えブランクをレーザマイクロ加工システム中に装着する。マイクロ加工レーザによって、位置揃えブランクの上面に第１の較正マークおよび第２の較正マークをアブレーションする。２つの較正マークは、その中心が所定距離離れているように配置されている。上記照明波長を有する光で位置揃えブランクの上面を照明し、デジタルカメラで撮像する。これにより、画素マトリックスを含む、位置揃えブランクの上面の位置揃え像が生成される。位置揃え像は、各画素が、照明波長の半分未満である、被撮像面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされる。位置揃え像における２つの較正マークの中心間の画素数に基づいて、一定距離を決定する。次に、位置揃え像における２つの較正マークの中心の位置を決定し、位置揃え像における２つの較正マークの中心の位置および上記一定距離を用いて、デジタルカメラによって撮像される表面に対する画像座標系を定義する。位置揃え像における第２の較正マークの中心の位置および画像座標系を用いて、画像座標系におけるマイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標を決定する。次に位置揃えブランクをレーザマイクロ加工システムから取り除き、加工されるべき予め存在するマイクロ構造のうち１つを、マイクロ加工レーザのビームスポットがその１つの予め存在するマイクロ構造の加工面に入射するように、レーザマイクロ加工システム中に装着する。

本発明は、以下の詳細な説明を添付の図面とともに読んだときもっともよく理解される。一般に行われるように、図面の様々な要素は縮尺通りではないことを強調しておく。逆に、明瞭さのために様々な要素の寸法を任意に拡大または縮小している。図面には以下の図が含まれる。

図１は、本発明の方法例のいずれにおいても用い得るレーザマイクロ加工システム例の、単純化したブロック図を示す。このシステム例は、レーザ源１００、ワークピースホルダ１１２、ワークピース照明源１２０および、ワークピースを撮像するデジタルカメラ１２２、ならびに光ビームを導き整形するための多数の光学素子を有する。光ビームを点線として示し、システム例の異なる部分を伝播する光の方向（単数または複数）を矢印によって示している。

このシステム例において、レーザ源１００は望ましくは、超高速レーザ、エキシマレーザ、またはレーザ加工アプリケーションに典型的に用いられる他のタイプのレーザを有する。高調波生成結晶および／または増幅器をこの部材内において用い得る。望ましくは、周波数２逓倍、１５０ｆｓのＴｉ：サファイアレーザ（例えばＣｌａｒｋＭＸＲＣＰＡ２０００）をレーザとして用い得る。レーザ源は１００はまた望ましくは、そのレーザビーム出力の強度、偏光、および／または平行化を制御する光学系を有する。

レーザ源１００の出力は望ましくは、レンズ１０２によってピンホールマスク１０４のピンホールに向けて集束され、その後レンズ１０３によって再平行光化され得る。このようにレーザビームをピンホールマスク１０４に通すことは、レーザマイクロ加工ビームのビーム形状に望ましく影響し得る。レーザビームを、二色性ミラー１０６およびミラー１０８によって顕微鏡対物レンズ１１０に導く。顕微鏡対物レンズ１１０は、ワークピースホルダ１１２によって定位置に保持されているワークピース１１４に、ビームを集束させる。なお、顕微鏡対物レンズ１１０の代わりに、別個の光学素子を用い得るが、システムの位置揃えが複雑になることに留意されたい。望ましくは、レーザビームは、ワークピースの表面において回折限界のまたはほぼ回折限界のスポットに集束されることにより、最小要素サイズの加工を可能にする。

ワークピースホルダ１１２は、例えば、マイクロメートル分解能を持つコンピュータ制御ＸＹＺ移送台（例えばＢｕｒｌｅｉｇｈ製のミクロン分解能）を有する。またナノメートル分解能を持つコンピュータ制御の圧電ＸＹ移送台（例えばＱｕｅｅｎｓｇａｔｅ製の圧電ＸＹ移送台）を有してもよい。ＸＹＺ移送台を用いて、ワークピース１１４を顕微鏡対物レンズ１１０に近づけたり遠ざけたりすることにより、レーザビームの集光が達成され得る。ワークピースホルダ１１２のこれらの１つまたは２つのコンピュータ制御移送台、レーザマイクロ加工システムのビームスポットをワークピース１１４の表面上に位置揃えするために用い得、マイクロメートル分解能ＸＹＺ移送台が粗い位置決めを提供し、圧電移送台が微妙な位置決めを提供する。

あるいは、ナノメートル分解能を持つ、ピンホールマスクに結合されたコンピュータ制御の圧電ＸＹ移送台（図示せず）を、レーザマイクロ加工システムのビームスポットのワークピース１１４上における微妙な位置揃えに用い得る。前述のように、ワークピース１１４表面上における加工ビームスポットサイズは、望ましくは回折限界である。ピンホールマスク１０４のピンホールは、望ましくはこの加工ビームスポットサイズより大きい。ピンホールマスク１１４におけるビームサイズがピンホールより大きい場合、集束されたレーザビーム内においてピンホールを動かすことにより、ワークピース１１４表面に形成されたビームスポットを、スケール化した量だけ移動させることが可能になり、このことによりビームスポット位置揃えの最終精度が上がる。このスケール化は、ピンホールサイズの加工スポットサイズに対する比に基づき、この比は望ましくは１０：１以上であり得る。１０：１比および、ナノメートル分解能を持つコンピュータ制御圧電ＸＹ移送台を用いてピンホールマスクを移動させた場合、加工ビームスポットの位置決めは、よりよい精度で制御され得る。

なお、レーザマイクロ加工システムの有するマイクロ加工レーザの波長は、システムによって加工され得る最小要素サイズに影響するが、超高速マイクロ加工レーザの場合、ビームスポットの回折限界サイズよりも小さな微細要素をマイクロ加工することも可能であることに、留意されたい。図６にこれを達成し得る方法を示す。図６において、レーザビームは、レーザマイクロ加工システム例の顕微鏡対物レンズ１２０によって集束されて、ワークピース１１４の上面上の回折限界のビームスポットとなる。ガウス曲線６００は、表面上のレーザビームの径方向フルエンスを表す。直線６０２は、デバイス材料の加工スレッショルドである。レーザビームのピークフルエンスに依存して、直線６０２は、ガウス曲線６０２の半波高全幅値（ＦＷＨＭ）の上側、下側、あるいは真上に位置する。ガウス曲線６００と直線６０２との交差点から延びる水平線は、ワークピース１１４の表面上にエリア６０４を規定する。したがって、エリア６０４が、表面のうちの、レーザによって直接加工される唯一の部分である。図６に示すように、この加工されたエリアは、スポットサイズより有意に小さくあり得る。デバイス材料内の熱エネルギーの伝導により、さらなる材料が加工され得るが、超高速レーザを用いたレーザ加工において、材料中に形成される熱影響ゾーンは最小限になる。したがって、したがって、ピークフルエンスを下げることにより、エリア６０４のサイズを減少し得、超高速レーザの回折限界のスポットサイズより小さい微細要素の加工が可能になる。

レーザマイクロ加工システムの位置揃えおよび処理の進行を監視するために、ワークピース１１４表面をワークピース照明源１２０によって照明し、デジタルカメラ１２２によって撮像する（例えばＲｏｐｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃのデジタルカメラ；１３００×１０３０画素マトリックスを有し、画素長および幅が〜６．７μｍである）。ワークピース照明源からの撮像光は、レンズ１１８によって実質的に平行光化され、ビームスプリッタ１１６（半鍍銀ミラーであってもよい）および二色性ミラー１０８を通過し、ここでレーザビームの経路を通る。これらのビームは顕微鏡対物レンズ１１０によりワークピース１１４上に集束される。次に撮像光は顕微鏡対物レンズを通って反対方向に反射し戻される。二色性ミラー１０８を戻って通り、ビームスプリッタ１１６からデジタルカメラ１２２へ反射されることにより、ワークピース表面の像を生成する。この像の潜在的な色収差を減少するために、撮像光は望ましくは狭いスペクトルを有する。したがって、ワークピース照明源１２０は発光ダイオードまたはダイオードレーザ、またはフィルタリングされた広スペクトル光源であることが望ましい。加工ビームと撮像ビームとを組み合わせるために二色性ミラーを用いる際には、これらの光ビームが異なる波長を有することが望ましいが、顕微鏡対物レンズが両ビームを同様に集束できるように２つの光源が同様な波長を有することもまた望ましい。照明波長およびマイクロ加工レーザの波長における顕微鏡対物レンズの焦点距離の差は、望ましくは、デジタルカメラ１２２の光学系および／またはビームスプリッタ１１６とデジタルカメラ１１２との間のさらなる光学系（図示せず）によって補償され得る。

上述のように、マイクロ加工レーザのビームスポットを、高い精度で位置揃えできることが望ましい。超高速レーザマイクロ加工システムはその回折限界のスポットサイズよりも小さい要素を加工することができることが示されている。また、図１の撮像システム例の回折限界の分解能よりも大きな精度を要求し得る既存のマイクロ構造上の、サブミクロン寸法を有し得る要素を、識別し加工することが望ましい。また、コンピュータ制御圧電移送台は、図１に示す可視光撮像システムの回折限界を越える位置決め精度を可能にする。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、既存のマイクロ構造上のサブミクロン要素のレーザ加工のためのビームスポットの位置揃えを監視してもよいが、これはずっと高価な解決策である。また、ＳＥＭは真空システムを必要とするが、これは、ドリリングプロセスを有意に複雑化しかつその魅力を減じる。またＳＥＭは、導電材料か、導電層コーティングを塗布し得る材料とともにのみ実用的に用い得る。

本発明は、図１のより簡潔な撮像システム例を回折限界を越えて動作させることにより、予め存在するマイクロ構造上のサブミクロン要素のレーザ加工を可能にする方法を包含する。本発明の一実施形態例は、図１に示すような、レーザマイクロ加工システム例を予備較正する方法である。別の実施形態例は、レーザ加工技術を用いて、マイクロ構造を大量カスタマイゼーションする方法である。本発明のさらなる実施形態例は、レーザ加工ステップを用いてマイクロ構造を製造することにより、（光学位置揃えシステムでは十分に解像し得ない）既存のサブミクロン要素上に微細要素を形成する方法である。さらなる実施形態例は、レーザ処理により、欠陥を有するマイクロ構造を補修することである。

図２は、予備較正する際において用いられる照明波長の回折限界よりも大きな位置揃え公差を達成するための、レーザマイクロ加工システムを予備較正する方法例を示す。この方法は望ましくは、少なくとも１つのサブミクロン要素を有している予め存在するマイクロ構造の、単純化されたレーザ加工を可能にする。図１のシステム例を参照して本発明の方法例を例示しているが、これは、これらの方法において用いられ得るレーザマイクロ加工システムの例示であり限定的なものではないことが、当業者には理解される。

レーザマイクロ加工システム例のワークピースホルダ１１２上に、ワークピース１１４の代わりに位置揃えブランク（図示せず）が装着される（ステップ２００）。この位置揃えブランクは、レーザマイクロ加工システムによってアブレーションされることにより較正マークを生成し得る、小さくて平らな材料片である。位置揃えブランクは望ましくは、マイクロ加工レーザのビームスポットがその上面に入射するように装着される。

位置揃えブランクの上面は、望ましくは選択された照明波長付近に狭帯域を有する、照明源１２０からの光によって照明される（ステップ２０２）。マイクロ加工レーザによって、位置揃えブランクの上面に望ましくは２つの較正マークがアブレーションされる（ステップ２０４）。その正確な位置は較正マークが形成される際にはわからないかもしれないが、これらの２つの較正マークは望ましくは、その中心が所定距離離れているように表面上に位置している。これは、図１を参照して上述したように、コンピュータ制御圧電移送台を用いてワークピースホルダ１１２またはピンホールマスク１０４を移動することにより、高いレベルの精度で達成し得る。なお、この離間距離は、例えばナノメートルなどの標準的な距離単位によって測定されるか、圧電移送台に供給される電圧差によって測定されるか、あるいは任意の（ただし再現可能な）単位により測定されることに、留意されたい。

この光を用いて、２つの較正マークを表す上面の位置揃え像を生成するように、デジタルカメラ１２２により上面を撮像する（ステップ２０６）図３Ａに示すように、得られる位置揃え像３００は、画素のマトリックスを有する。図３Ａの位置揃え像３００を生成したモニタリング用セットアップの一例として、顕微鏡対物レンズ１１０およびデジタルカメラ１２２の「接眼レンズ」光学系により〜１３０の拡大率が得られる。このデジタルカメラ例の画素は〜６．７μｍの正方形の大きさなので、このジッターフリーのデジタルカメラの各画素は、位置揃えブランク上における〜５０ｎｍ×〜５０ｎｍの正方形に対応する。ただし、この例において用いられる照明波長は〜５００ｎｍであったので、５００ｎｍよりも小さいものは依然としていかなる光学デジタルカメラによっても直接には解像し得ない。照明波長に匹敵するサイズのいかなる小さい要素も、点広がり関数に従ってぼやけてしまい、単一の要素に基づいたビーム位置揃え精度は依然として波長の回折限界によって制限されてしまうことが、周知である。離散的デジタル作像においては、式（１）に示すたたみ込みによって、撮像される物体ｓ（ｎ，ｍ）からぼやけた画像ｘ（ｎ，ｍ）が得られる。

ここでｈ（ｎ，ｍ）は、撮像システムの離散的点広がり関数である。これは、位置揃え像３００における両方の較正マーク３０２にあてはまる。

いずれも個別には光学的に解像し得ない。しかし、両方とも同じ撮像システム、すなわちｈ（ｎ，ｍ）によってぼやけているため、両要素は幾何学的に対称（すなわち円形）であり、両物体の幾何学的中心間の距離は、システムによってぼやかされない。したがって、較正マーク３０２は位置揃え像３００中のぼやけでしかないにもかかわらず、図３Ｂに概略的に示されるように、分解能の問題は克服され得る。これは、位置揃え像のスケールが、照明波長の半分未満である被撮像面上の一定距離に各画素の幅が対応するようなスケールにされた場合、あるいは画像例３００において照明波長の〜１／１０の場合であっても、較正ホール３０２の位置を決定し得ることを示している。

この一定距離は、位置揃え像中の２つの較正マーク３０２の中心間の画素数に基づいて決定し得る（ステップ２０８）。図３Ｂの直線３０４は、位置揃えマーク３０２の中心を結んでいる。この位置揃え像例における中心間の画素を数えることにより、縦方向に１０画素、水平方向に１画素のセパレーションが得られる。較正マークの中心間の離間距離をこの画素数で割ることにより、上記一定距離が、離間距離に用いた単位で得られる。なお、より多くの数の較正マークをアブレーションし、較正マークの異なる対を平均して用いて一定距離を計算することにより、この数量の不確かさを減らすことができることに留意されたい。

あるいは、一定距離は既知であってもよい。例えば図３Ａに示す例において一定距離は〜５０ｎｍである。この場合、この既知の一定距離を用いて圧電移送台のスケーリングを決定し得、したがって第１および第２の較正マークのアブレーションの間にビームスポットを移動させるために用いられる電圧差は〜５００ｎｍの移動に等しい。

したがって、位置揃え精度はもはや照明波長によって制限されなくなる。デジタルＣＣＤカメラ１２２の分解能が、測定精度の制限要素となる。最悪の場合で、図３Ａに示す位置揃え測定例は、各較正マークにつき１画素外れている。もしこれらの誤差が反対方向であれば、最大誤差は２画素、すなわち絶対スケールで〜１００ｎｍである。しかし、もっと可能性の高いケースを表す平均誤差は、１画素、すなわち絶対スケールで５０ｎｍだけである。この予測は、実験的に検証されており、平均位置決め誤差＜５０ｎｍが達成された。これにより、照明光波長の約１／１０の精度を達成することが可能になる。

位置揃え像中の２つの較正マークの位置を基準点として用い、上記一定距離をスケールとして用いることにより、デジタルカメラによって撮像される表面の画像座標系を定義し得る（ステップ２１０）。

レーザマイクロ加工システムを、予め存在するマイクロ構造を加工するために位置揃えする際においてまた重要なのは、この画像中において加工が起こると期待される位置を知ることである。位置揃え像中の第２の較正の中心の位置が、この情報を与える。位置揃え像中における第２の較正マークの中心の位置および画像座標系を用いることにより、画像座標系におけるビームスポットの初期座標を決定することができ（ステップ２１２）、このときマイクロ加工プロセスが開始する。ビームスポットが意図的に動かされるかシステムが摂動を受けないかぎり、ビームスポットの位置は、最後の動作（この場合第２の較正マークのアブレーション）の位置で一定のままに保たれる。これでレーザマイクロ加工システムが予備較正されたことになる。位置揃えブランクをレーザマイクロ加工システムから取り除き（ステップ２１４）、予め存在するマイクロ構造、あるいは他のワークピースを、ワークピースホルダ１１２上の本来の場所に装着して加工し得る（ステップ２１６）。

量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、マイクロ電気機械システム、マイクロ回路、マイクロ表面弾性波デバイス、およびマイクロメカニカルオシレータ、ポリメラーゼ連鎖反応マイクロシステム、有害な化学および生物物質検出のためのバイオチップ、高スループットドラッグスクリーニングおよび選択マイクロシステム、ならびに他のマイクロ構造を形成するための鋳型が、この方法例によって予備較正されたレーザマイクロ加工システム例によって加工され得るマイクロ構造の例である。これらのマイクロ構造は、較正されたレーザマイクロ加工システムを用いて製造、補修、あるいはカスマイズされ得る。

再較正なしに複数のワークピースを加工することも可能であるし、あるいは、システムのドリフトおよび／またはヒステリシスに応じて、各ピースの加工前にこの予備較正手順を行ってもよい。

図４は、マイクロ構造デバイスを製造する方法例を示す。この方法例は、デバイスプリフォームのサブミクロン要素（この「粗い」サブミクロン要素を形成するためにデバイスプリフォームは既に加工されている）上に少なくとも１つの微細要素を追加することを包含する。このデバイスプリフォームの予備的な加工は、レーザ加工を含む任意のマイクロ加工技術を用いて達成し得る。なお、製造されるマイクロ構造のデバイスプリフォーム例は、１個のマイクロ構造だけを含んでいてもよく、あるいは何百あるいは何千個のマイクロ構造を含む製造ウェハの大きさを有していてもよいことに留意されたい。

この方法を用いて製造し得るマイクロ構造デバイスの可能性としては、量子電子デバイス、マイクロ光学デバイス、マイクロメカニカルオシレータなどのＭＥＭＳデバイス、フォトニック結晶、およびマイクロ構造を大量生産するための鋳型がある。このような鋳型を用いて形成し得るマイクロ構造としては、量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、マイクロ電気機械システム、マイクロ回路、ポリメラーゼ連鎖反応マイクロシステム、有害な化学および生物物質検出のためのバイオチップ、高スループットドラッグスクリーニングおよび選択マイクロシステム、マイクロ表面弾性波デバイス、およびマイクロメカニカルオシレータがある。なお、本明細書において、マイクロ光学デバイスは、光学材料上に形成された別個の光学デバイスまたは光学デバイスのアレイとして定義されることに留意されたい。フォトニック結晶は一種の光学材料として定義され、それ自身はマイクロ光学デバイスとしては定義されない。ただし光学デバイスはフォトニック結晶材料から形成され得る。

図４に示すように、デバイスプリフォームを用意し（ステップ４００）、その上面をある照明波長を有する光で照明する（ステップ４０２）。図２の方法について上述したように、撮像を改善するために照明光は狭帯域を有することが望ましい。

次に、デバイスプリフォームの上面をデジタルカメラを用いて撮像することにより、上面の位置揃え像を形成する画素マトリックスを生成する（ステップ４０４）。位置揃え像は望ましくは、各画素の幅が、デバイスプリフォームの上面上における一定距離に対応するようなスケールにされる。この一定距離は望ましくは照明波長の半分未満であり、照明波長の１／１０あるいはさらに小さくてもよい。

このスケーリングは式（１）によって記述されるように、サブミクロン要素が解像できないようなぼやけた位置揃え像をもたらすが、それでもサブミクロン要素上の微細要素を加工するための所望の位置揃え精度を、レーザマイクロ加工システム例が達成することが可能である。図２の方法例のように、この位置揃え像および一定距離を用いて、デバイスプリフォームの上面に対する画像座標系を定義する（ステップ４０６）。この画像座標系を定義するために、図２の方法によってレーザマイクロ加工システムを予備較正することを含む、いくつかの方法を用い得る。上記一定距離が既知の場合、任意の原点を選択し、画素マトリックスを用いてｘおよびｙ軸を決定し得る。デバイスプリフォーム上の基準マークを用いて、図２の方法例における較正マークを用いて行い得るのと同じようにして一定距離を計算させることによって、画像座標系を定義し得る。これらの基準マークは、マイクロ構造の一部であってもよいしあるいは位置揃え目的のみに用いられてもよく、デバイスプリフォームがステップ４００において用意される前にデバイスプリフォーム上に形成されているか、および／または本方法例の一環として形成されてもよい。

画像座標系が定義された後、加工されるべき各サブミクロン要素上の基準点の座標および画像座標系内における各要素の向きを決定する（ステップ４０８）。加工されるべきサブミクロン要素が対称形ならば、サブミクロン要素の中心は都合のいい基準点を提供し得る。また、画像座標系における、デバイスプリフォームの上面上のマイクロ加工レーザのビームスポット初期座標（ステップ４１０）。これらの座標および向きは、位置揃え像を用いて望ましくは決定し得る。

ステップ４０６、４０８および４１０を助けるために、デバイスプリフォームの上面は、１つ以上の較正マークがアブレーションされ得る位置揃え部を含むように設計されてもよい。この別設計を用いることで、較正および加工の両方がワークピースホルダにデバイスプリフォームを装着した状態でおこるため図２の方法例よりも有利になり得るが、デバイスプリフォームがマイクロ構造無しの追加的な表面積を有することを必要とし、較正中においてマイクロ構造を損傷にさらしてしまう可能性がある。図５Ａおよび５Ｂは、ステップ４００で用意され得る、デバイス部５００および位置揃え部５０２の両方を含むデバイスプリフォーム例の、それぞれ上面図および側面図である。図示したデバイスプリフォーム例は、多機能マイクロ光学アレイ例用である。この多機能マイクロ光学アレイプリフォーム例は、１つの可能なデバイスプリフォームを例示しているに過ぎない。デバイス部５００は、このデバイスプリフォーム例のサブミクロン要素である、マイクロレンズ５０４を有している。

まず、マイクロ加工レーザのビームスポットを位置揃え部５０２上に粗位置揃えする。次にマイクロ加工レーザからの数個のパルスによって、小さな較正マークを位置揃え部にアブレーションする。位置揃え部５０２は望ましくは、図５Ｂに示すようにコーティング層５０６を有する。このコーティング層５０６は、デバイス部５００の上面の材料の加工スレッショルドよりも低いアブレーションスレッショルドを有する材料から形成され得る。このことにより、較正マークを低下したフルエンスでアブレーションすることが可能になり、初期的な粗位置揃えが誤っていてビームスポットが位置揃え部５０２ではなくデバイスプリフォームのデバイス部５００上に集束された場合でも、較正および位置揃え中にマイクロ構造デバイスを損傷してしまうリスクが減少する。さらに、コーティング層５０６を通して較正マークをアブレーションしてその下の材料を露出させることにより、その収縮を増大させ、較正マーク５０８の撮像を改善し得る。金、アルミニウムおよび銅などの容易にアブレーションされる金属を望ましくは用いて、半導体材料から形成されたデバイスプリフォーム上にコーティング層５０６を形成し得る。また位置揃え部の表面のドーピングにより、半導体のアブレーションスレッショルドを下げ得る。ポリエステル、ポリアニリン、およびポリイミドなどのポリマーを用いてもコーティング層５０６を形成し得る。

位置揃え部５０２がコーティングされているか否かにかかわらず、デバイスプリフォームの上面にアブレーションされる較正マークは実質的に円形である。較正マークが事実上対称形であるため、その中心を位置揃え像中に見出すことができ、対応する座標を決定し得る。これにより、ステップ４１０において画像座標系内でのマイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標を決定する手段が提供される。

したがって、上記一定距離が既知であれば、レーザマイクロ加工システムをデバイスプリフォームのサブミクロン要素上に位置揃えするために必要な情報のすべてが、この第１の較正を行うことにより入手し得る。上記一定距離は、レーザマイクロ加工システムの光学セットアップによって予め定められているか、位置揃え像内におけるデバイスプリフォーム上の一対以上の基準マークの中心のセパレーションから計算されたか、のいずれかの理由で既知であり得る。

上記一定距離が既知ではなく、かつ都合のいい基準マークがデバイスプリフォーム上に存在しないときは、１つ以上の追加的な較正マークをデバイスプリフォームの位置揃え部５０２に形成してもよい。図２の方法例と同様にして、これら複数の較正マークから、上記一定距離および画像座標系を決定し得る。なお、一定距離が既知であっても、レーザマイクロ加工システムのビームスポット位置決めの較正のチェックのためには、位置揃え部に第２の較正マークをアブレーションすることがやはり望ましい場合があることに留意されたい。

決定のためにどの方法例を用いるにせよ、マイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標が決定されれば、加工されるデバイスプリフォームの各サブミクロン要素の座標および画像座標系中におけるそれらの向きが決定され、ビームスポットが加工されるべき第１のサブミクロン要素の一部上に位置揃えされ得る（ステップ４１２）。図１のレーザマイクロ加工システム例について上述したように、デバイスプリフォームの上面上のビームスポットの位置は、ピンホールマスク１０４を移動させるか、あるいはワークピースホルダ１１２を用いてデバイスプリフォーム自身を移動させることにより、調整し得る。

デバイスプリフォームのデバイス材料をマイクロ加工レーザによって加工することにより、サブミクロン要素上に少なくとも１つの微細要素を形成する（ステップ４１４）。これら最後の２つのステップである位置揃えおよび加工を、各所望のサブミクロン要素について繰り返すことによって、望ましくは完成形のマイクロ構造デバイスを形成する。図５Ｃは、図４の方法例によってマイクロ構造（この例では多機能マイクロ光学アレイ）を完成した、図５Ａおよび５Ｂのデバイスプリフォーム例を示す。このマイクロ構造例においては、ステップ４０６、４０８および４１０を助けるために２つの較正マーク５０８位置揃え部５０２にアブレーションされており、微細ピッチ格子５１０がマイクロレンズ５０４上にレーザマイクロ加工されている。

なお、ステップ４１４におけるデバイス材料の加工は、デバイス材料をアブレーションすること（すなわちサブミクロン要素の形状および／またはサイズを変更すること）あるいはサブミクロン要素中のデバイス材料の構造を永久的に変更することを含み得ることに留意されたい。デバイス材料の構造を永久的に変更することの例としては、デバイス材料の屈折率を変化させること、結晶性デバイス材料の格子構造を変更すること（場合によっては結晶構造中に非晶質領域を形成すること）、およびデバイス材料の化学構造を変化させることが挙げられる。したがって、図５Ｃのマイクロ構造例における格子は、マイクロレンズ５０４の表面に溝をアブレーションするか、あるいはデバイス材料の屈折率に周期的変化を設けることによって形成し得る。

図４の方法例のもう一つの例は、ＭＥＭＳマイクロメカニカルオシレータを加工することにより、その共鳴スペクトルをチューニングすることである。この方法例は、レーザマイクロ加工システムに装着する前に、デバイスプリフォーム上でマイクロメカニカルオシレータを発振させることによって、マイクロメカニカルオシレータの初期共鳴スペクトルを決定することを包含する。初期共鳴スペクトルを所望の共鳴スペクトルに対して比較し得る。そして、ステップ４１４における加工のために、共鳴スペクトルをチューニングするための、所望の微細要素の形状および位置を決定し得る。

図７は、本発明の実施形態の別の例である、フォトニック結晶中に欠陥を形成する方法例を示す。既存のマイクロ構造上のナノ構造に対して超高速レーザビームを位置揃えすることが可能であることが示されている。しかし、一次元フォトニック結晶材料において望まれるような、サブミクロンレベルの導波路上に欠陥を加工することは、基板にドリリングすることよりも大きな課題である。狭い導波路は、レーザ加工中においてクラッキング問題を有することが見出されている。クラッキングの確率は、導波路内に形成される要素に比較した導波路の幅に関連している。このクラッキング問題は、多数のエアホールが既に存在しているフォトニック結晶材料においてより深刻であり得るが、半導体材料のドーピングによりその電子バンドギャップに影響を与え得るのと同様に、そのフォトニックバンドギャップに影響を与えるためにフォトニック結晶材料に欠陥を追加することは望ましい。そのような要素の加工は、導波路に対してビームスポットを高精度に位置決め（＜１００ｎｍ）することを要求する。

この方法例においては、図７に示すように、位置揃え部およびフォトニック結晶部を有するフォトニック結晶ワークピースを用意する（ステップ７００）。フォトニック結晶部は、格子間材料にドリリングされたエアホールによって形成される。フォトニック結晶部におけるエアホール群の中心は望ましくは、エアホール対の中心が所定距離離れているように、規則的な格子パターンで並んでいる。フォトニック結晶部におけるエアホールは望ましくは、フォトニック結晶が動作するように設計されている光の波長程度、あるいはそれ未満の直径および間隔を有する。これらの直径および間隔は、欠陥形成に際してデバイスを撮像するためにレーザマイクロ加工システム例によって用いられ得る照明波長よりも小さくてもよい。

前出の方法例におけると同様に、フォトニック結晶ワークピースの上面を、照明波長を有する光で照明する（ステップ７０２）。マイクロ加工レーザによって、フォトニック結晶ワークピースの位置揃え部内に原点マークをアブレーションする（ステップ７０４）。図４の方法例と同様に、このステップ中におけるワークピースのフォトニック結晶部の格子間材料を損傷する可能性を減らすために、位置揃え部はコーティング層を含んでいてもよい。フォトニック結晶ワークピースの上面を、デジタルカメラを用いて撮像することにより、位置揃え像を生成する（ステップ７０６）。

位置揃え像における、所定距離で隔てられた一対のエアホールの中心間の画素数に基づいて、位置揃え像中の各画素によって表される一定距離を決定する（ステップ７０８）。次に、位置揃え像における原点マークの位置、位置揃え像における画素マトリックス、およびステップ７０６で決定した一定距離を用いて、フォトニック結晶ワークピースの上面に対して画像座標系を定義する（ステップ７１０）。

画像座標系における、フォトニック結晶ワークピースのフォトニック結晶部のエアホールの中心の座標を、位置揃え像中でこれらを位置同定することにより決定し（ステップ７１２）、位置揃え像における原点マークの位置を用いて、画像座標系におけるマイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標も決定し得る（ステップ７１４）。

これらのエアホールの座標およびビームスポットの初期座標を用いて、マイクロ加工レーザのビームスポットをフォトニック結晶部の所望の欠陥位置上に位置揃えし（ステップ７１６）、フォトニック結晶部の所望の欠陥位置における格子間材料をマイクロ加工レーザにより加工する（ステップ７１８）ことにより、欠陥を形成する。この格子間材料の加工による欠陥の形成は、格子間材料アブレーションすることおよび／またはその屈折率を永久的に変更することを含み得る。

前述のように、フォトニック結晶材料に欠陥を追加することは、半導体材料のドーピングと同様に機能し得る。また、フォトニック結晶材料における欠陥の形成は、その光透過スペクトルのチューニングを可能にする。前述のＭＥＭＳマイクロメカニカルオシレータの共鳴スペクトルのチューニングと同様に、欠陥を有さないフォトニック結晶の透過スペクトルを決定し、所望の透過スペクトルに対して比較することにより、ステップ７１８において形成するべき欠陥の所望の形状および欠陥位置を決定する。なお、例えばエアホール（あるいはエアホール群の規則パターン）を拡大することなどにより、欠陥を既存のエアホールに関連づけてもよいことに留意されたい。あるいは、欠陥は新しい要素の追加を包含し得る。例えば、格子間エアホール（単数または複数）あるいは異なる屈折率を有する格子間材料の領域の追加である。

図８に示す本発明の別の実施形態例は、レーザマイクロ加工システムを用いて複数のマイクロ構造を大量カスタマイゼーションする方法である。これらのマイクロ構造のそれぞれは、自身に追加された、カスタム化要素のセットから選択された少なくとも１つのカスタム化要素を有する。これらの選択されたカスタム化要素は、カスタマイゼーション中においてマイクロ構造を撮像するために用いられる照明波長未満の公差で、１つ以上の予め存在するサブミクロン要素上に位置し得る。

大量カスタマイゼーションと言う用語は典型的には、異なる特性を持つようにあるいは個別分けされた仕様を満たすように個々にカスタマイズされた製品を、大量生産する能力を指す。便宜上、マイクロ構造の大量カスタマイゼーションのこの狭い定義を本明細書では用いる。したがって、本発明において、大量カスタマイゼーションされたマイクロ構造は、先行する処理ステップにより大量生産され得る個々のマイクロ構造プリフォームへのレーザ加工により、微細要素が追加されたマイクロ構造であり、所望の異なる性質を有するマイクロ構造の形成を可能にする。本発明によるマイクロ構造の製造は、図４を参照して上述したように、得られるマイクロ構造の大量カスタマイゼーションを可能にしたりしなかったりする。

なお、図９を参照して上述した欠陥を有するマイクロ構造の補修は、大量カスタマイゼーションのそれと同様なプロセスによって行い得るが、概念としては異なっており、位置揃えおよびレーザエッチングの前に、補修されるべき欠陥の識別を必要とする点に、留意されたい。

望ましくは上面上にサブミクロン要素を有する、複数のマイクロ構造プリフォームを用意する（ステップ８００）。これらのマイクロ構造プリフォームから１つのマイクロ構造プリフォームを選択し、利用可能なカスタム化要素のセットから、少なくとも１つの対応するカスタム化要素を選択する（ステップ８０２）。

次に、選択されたマイクロ構造プリフォームを照明波長を有する光で照明し（ステップ８０４）、レーザマイクロ加工システム中において粗位置揃えし（ステップ８０６）、デジタルカメラを用いて撮像することにより、図２、４および７の前出の方法例のように、その上面の位置揃え像を生成する（ステップ８０８）。位置揃え像は、各画素の幅が、選択されたマイクロ構造プリフォームの上面上における照明波長の半分未満である一定距離に対応するようなスケールにされる。

次に、位置揃え像および上記一定距離を用いて、選択されたマイクロ構造プリフォームの上面に対して、画像座標系を定義する（ステップ８１０）。位置揃え像を用いて、画像座標系における基準点の座標および、カスタム化要素が形成されるべきである選択されたマイクロ構造プリフォームのサブミクロン要素の向きを決定する（ステップ８１２）。また、位置揃え像を用いて、画像座標系におけるレーザマイクロ加工システムのビームスポットの初期座標を決定する（ステップ８１４）。ステップ８１０、８１２および８１４は、図２、４または７を参照して上述した方法のうちいずれかを用いて実行し得る。

ステップ８１２で決定した基準点の座標およびサブミクロン要素の向き、ステップ８１４で決定したビームスポットの初期座標、ならびに選択されたカスタム化要素（単数または複数）を用いて、レーザマイクロ加工システムのビームスポットを、選択されたマイクロ構造プリフォームの所望の部分上に位置揃えする（ステップ８１６）。選択されたマイクロ構造プリフォームのデバイス材料をレーザマイクロ加工システムで加工して、選択されたカスタム化要素（単数または複数）を選択されたマイクロ構造プリフォームのサブミクロン要素（単数または複数）上に形成することにより（ステップ８１８）、カスタマイズされたマイクロ構造を形成する。

次に、カスタマイズされるべきマイクロ構造プリフォームが残っているかを決定する（ステップ８２０）。もし残っていれば、別のマイクロ構造プリフォームおよびその対応するカスタム化要素（単数または複数）を選択し（ステップ８０２）、ステップ８０４、８０６、８０８、８１０、８１２、８１４、８１６、８１８および８２０を繰り返す。カスタマイズされるべきマイクロ構造プリフォームが残っていなければ、マイクロ構造の大量カスタマイゼーションは完了する（ステップ８２２）。

この大量カスタマイゼーション方法例は、マイクロ構造鋳型、量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、マイクロ電気機械システム、マイクロ回路、マイクロ表面弾性波デバイス、およびマイクロメカニカルオシレータを含む、マイクロ構造に適用可能であり得る。

さらなる実施形態例は、レーザ処理によって、欠陥を有するマイクロ構造を補修する方法である。このレーザマイクロ加工システムを用いてマイクロ構造を補修する方法例を、図９に示す。補修されるべきマイクロ構造は、その上面上にサブミクロン欠陥を有している。そのようなサブミクロン欠陥の補修は望ましくは、補修においてマイクロ構造を撮像するために用いられるレーザマイクロ加工システムの照明波長未満の公差で、マイクロ構造の上面上に欠陥を位置同定することを要求する。この潜在的な要件は、図９の方法例として図２、４、７および８を参照して上述した較正および位置揃え方法例のうち、１つ以上を用いて達成し得る。

欠陥を有するマイクロ構造を、望ましくは補修マウントに結合する（ステップ９００）。補修マウントはワークピースホルダ１１２によって保持され得る。この補修マウント例は、欠陥を有するマイクロ構造に隣接した位置揃え面を有する。位置揃え面は望ましくは、欠陥を有するマイクロ構造の材料の加工スレッショルド未満のアブレーションスレッショルドを有する材料で形成され得る。この位置揃え面の容易にアブレーションされる材料は、単にコーティングであってもよく、あるいは補修マウントのバルクを形成するために用いられてもよい。図５Ｂにおいてコーティング層５０６について上述したように、低いアブレーションスレッショルドを有する材料を位置揃え面に用いることにより、欠陥を有するマイクロ構造を位置揃え中において損傷する可能性を減少し得る。

欠陥を有するマイクロ構造の上面および補修マウントの位置揃え面を、照明波長を有する光で照明する（ステップ９０２）。欠陥を有するマイクロ構造が結合された補修マウントを、マイクロ加工レーザのビームスポットが補修マウントの位置揃え面に入射するように、レーザマイクロ加工システム中において粗位置揃えする（ステップ９０４）。次に、マイクロ加工レーザを用いて、較正マークを補修マウントの位置揃え面にアブレーションし（ステップ９０６）、レーザマイクロ加工システムの初期ビームスポット位置を識別する。

欠陥を有するマイクロ構造の上面および補修マウントの位置揃え面を、デジタルカメラを用いて撮像し、位置揃え像を生成する（ステップ９０８）。前出の方法例のように、位置揃え像は、照明波長の半分未満である被撮像面の一定距離に各画素の幅が対応するようなスケールにされる。

この位置揃え像、位置揃え像における較正マークの中心の位置、および上記一定距離を用いて、被撮像面に対する画像座標系を定義する（ステップ９１０）。位置揃え像を用いて、画像座標系における、欠陥を有するマイクロ構造のサブミクロン欠陥の座標を決定する（ステップ９１２）。位置揃え像における較正マークの中心の位置および画像座標系を用いて、画像座標系におけるマイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標も決定する（ステップ９１４）。

次に、ステップ９１２で決定したサブミクロン欠陥の座標およびステップ９１４で決定したビームスポットの初期座標を用いて、レーザマイクロ加工システムのビームスポットを、サブミクロン欠陥の一部分上に位置揃えする（ステップ９１６）。欠陥を有するマイクロ構造の欠陥を形成したデバイス材料を、レーザマイクロ加工システムを用いて加工し（ステップ９１８）、欠陥を有するマイクロ構造を補修する。

この補修方法例は望ましくは、サブミクロン欠陥により使用不可能になり得る多くのタイプのマイクロ構造の補修に用い得る。マイクロ回路は、図９の補修方法例が特に有用となるエリアであり得る。回路密度が増大するにつれ、緊密にパッケージされた導電部材および回路要素間の短絡により、製造歩留まりが減少する。これらの短絡の多くは、これらマイクロ回路中のサブミクロン欠陥として識別される。このような欠陥は、製造中において十分にエッチングされなかったか、サブミクロン量の過剰成長の結果発生した、金属または半導体のサブミクロン片のために起こり得る。このような欠陥が望ましくはこの方法例によって補修され、このことにより歩留まりが有意に増大される。

図９の方法例を用いて補修し得る他のマイクロ構造例としては、マイクロ構造鋳型、量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、ＭＥＭＳ、マイクロ表面弾性波デバイス、マイクロメカニカルオシレータ、ポリメラーゼ連鎖反応マイクロシステム、有害な化学および生物物質検出のためのバイオチップ、ならびに高スループットドラッグスクリーニングおよび選択マイクロシステムが挙げられる。これらのマイクロ構造のいずれも、マイクロ回路において起こり得る潜在的なサブミクロン短絡と同様にして形成されたサブミクロン欠陥を含み得る。

本発明は、光学系を用いて、回折限界未満の精度でレーザマイクロ加工システムを容易に較正および位置揃えするいくつかの方法例ならびに、これらの方法のアプリケーション例を包含する。これらの方法例の使用は、周囲大気条件中において、大きく簡素化されかつ精度の高いマイクロ加工を可能にする。このような技術は、マイクロ構造およびナノ技術をより一般的な使用へと導く助けとなり得る。本発明を特定の実施形態について図示および説明したが、本発明は示された詳細に限定されるものではない。むしろ、請求項の均等物の範疇・範囲内において、本発明から逸脱することなく、詳細について様々な改変をなし得る。

本発明によるレーザマイクロ加工システム例のブロック図である。本発明による、レーザマイクロ加工システムを予備較正する方法例を示すフローチャートである。照明光の回折限界未満の直径を有する較正マーク例の、画素イメージである。図３Ａの較正マーク例の概略図であり、図２の方法例の一部を示す。本発明によるマイクロ構造デバイスの製造の方法例を示すフローチャートである。図４の方法例による製造に用い得るマイクロ構造プリフォーム例の上面図である。図５Ａのマイクロ構造プリフォーム例の側面図である。図４の方法例による処理後の、図５Ａのマイクロ構造プリフォーム例の側面図である。図１のレーザマイクロ加工システム例のレーザビームの一例の概略図であり、ビームスポットサイズより小さい要素をレーザ加工する方法を示している。本発明による、フォトニック結晶中に欠陥を形成する方法例を示すフローチャートである。本発明による、マイクロ構造デバイスを大量カスタマイゼーションする方法例を示すフローチャートである。本発明による、欠陥を有するマイクロ構造デバイスを補修する方法例を示すフローチャートである。

Claims

サブミクロン要素上に少なくとも１つの微細要素を有する量子電子デバイスを製造する方法であって、前記少なくとも１つの微細要素は、製造中において前記デバイスを撮像するために用いられる照明波長未満の公差で前記サブミクロン要素上に配置され、前記方法は、
ａ）上面に前記サブミクロン要素を有する量子電子デバイスプリフォームを用意するステップと、
ｂ）前記照明波長を有する光で前記量子電子デバイスプリフォームの前記上面を照明するステップと、
ｃ）デジタルカメラで前記量子電子デバイスプリフォームの前記上面を撮像することによって、画素マトリックスを含む前記上面の位置揃え像を生成するステップであって、前記位置揃え像は、各画素が前記量子電子デバイスプリフォームの前記上面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされ、前記一定距離は前記照明波長の半分未満である、ステップと、
ｄ）前記位置揃え像および前記一定距離を用いて、前記量子電子デバイスプリフォームの前記上面に対する画像座標系を定義するステップと、
ｅ）前記位置揃え像を用いて、前記画像座標系における、基準点の座標および前記量子電子デバイスプリフォームの前記上面の前記サブミクロン要素の向きを決定するステップと、
ｆ）前記位置揃え像を用いて、前記画像座標系におけるマイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標を決定するステップと、
ｇ）ステップ（ｅ）で決定した前記基準点の座標および前記サブミクロン要素の向きならびにステップ（ｆ）で決定した前記ビームスポットの前記初期座標を用いて、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記量子電子デバイスプリフォームの前記サブミクロン要素の一部分上に位置揃えするステップと、
ｈ）前記マイクロ加工レーザで前記量子電子デバイスプリフォームのデバイス材料を加工することによって、前記少なくとも１つの微細要素を前記サブミクロン要素上に形成し、前記量子電子デバイスを完成するステップと、
を包含する方法。
前記量子電子デバイスは、量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、または共鳴トンネルデバイスのうち少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記マイクロ加工レーザによって、前記量子電子デバイスプリフォームの前記上面の位置揃え部に、較正マークをアブレーションするステップと、
ｆ２）前記位置揃え像における前記較正マークの中心の位置を決定するステップと、
ｆ３）前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｄ）で定義された前記画像座標系を用いて、前記画像座標系における前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットの前記初期座標を決定するステップと、
を包含する、請求項１に記載の方法。
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記マイクロ加工レーザによって、前記量子電子デバイスプリフォームの前記上面の前記位置揃え部に第２の較正マークをアブレーションするステップであって、前記第２の較正マークは前記２つの較正マークの中心が所定距離離れているように配置されている、ステップと、
ｄ２）前記位置揃え像における前記２つの較正マークの前記中心間の画素数に基づいて、前記一定距離を決定するステップと、
ｄ３）前記位置揃え像における前記２つの較正マークの位置およびステップ（ｄ２）で決定した前記一定距離を用いて、前記量子電子デバイスプリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義するステップと、
を包含する、請求項３に記載の方法。
前記一定距離は所定の距離であり、
ステップ（ｄ）は、前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置、前記画素マトリックスおよび前記一定距離を用いて、前記量子電子デバイスプリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義することを包含する、
請求項３に記載の方法。
前記量子電子デバイスプリフォームは、それぞれの中心が所定距離離れているように配置された２つの基準マークを有し、
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記位置揃え像における前記２つの基準マークの前記中心間の画素数に基づいて、前記一定距離を決定するステップと、
ｄ２）ステップ（ｆ２）で決定した前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｄ１）で決定した前記一定距離を用いて、前記量子電子デバイスプリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義するステップと、
を包含する、請求項３に記載の方法。
前記量子電子デバイスプリフォームの前記サブミクロン要素は、デバイス加工スレッショルドを有する前記デバイス材料から形成されており、
前記量子電子デバイスプリフォームの前記上面の前記位置揃え部は、前記デバイス加工スレッショルド未満であるコーティングアブレーションスレッショルドを有するコーティング材でコーティングされており、
ステップ（ｆ１）は、前記マイクロ加工レーザを、前記デバイス加工スレッショルド未満でありかつ前記コーティングアブレーションスレッショルドより大きい位置揃えピークフルエンスで動作させることにより、前記較正マークを前記位置揃え部の前記コーティング材にのみアブレーションすることを包含し、
ステップ（ｈ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記デバイス加工スレッショルドより大きい加工ピークフルエンスで動作させることにより、前記サブミクロン要素の前記デバイス材料における前記少なくとも１つの微細要素を加工することを包含する、
請求項３に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザの光ビームはビーム経路に沿って伝播し、前記ビーム経路は、
前記ビーム経路に配置されたピンホールを有する横方向に移動可能なピンホールマスクと、
前記ピンホールのピンホール直径よりも小さいビームスポット直径を有する前記ビームスポットを、前記量子電子デバイスプリフォームの前記上面上に生成する縮小光学系と、を有しており、
ステップ（ｇ）は、前記ピンホール直径の前記ビームスポット直径に対する比に基づき、前記横方向に移動可能なピンホールマスクをスケール化した量だけ移動させることにより、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記量子電子デバイスプリフォームの前記サブミクロン要素の前記部分上に位置揃えすることを包含する、
請求項１に記載の方法。
ステップ（ｇ）は、前記量子電子デバイスプリフォームを移動させることにより、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記量子電子デバイスプリフォームの前記サブミクロン要素の前記部分上に位置揃えすることを包含する、請求項１に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザは超高速レーザまたはエキシマレーザのいずれかである、請求項１に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザは超高速レーザであり、
前記上面上の前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットの半波高全幅値（ＦＷＨＭ）は回折限界であり、
ステップ（ｈ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記上面の前記超高速レーザのパルスにより加工されるエリアの直径が前記ビームスポットの前記ＦＷＨＭ未満であるような加工フルエンスで動作させることにより、前記サブミクロン要素の前記デバイス材料における前記少なくとも１つの微細要素を加工することを包含する、
請求項１に記載の方法。
ステップ（ｈ）における前記デバイス材料の加工は、前記デバイス材料をアブレーションすることまたは前記デバイス材料の構造を永久的に変更することのいずれかを包含する、請求項１に記載の方法。
サブミクロン要素上に少なくとも１つの微細要素を有するマイクロ光学デバイスを製造する方法であって、前記少なくとも１つの微細要素は、製造中において前記デバイスを撮像するために用いられる照明波長未満の公差で前記サブミクロン要素上に配置され、前記方法は、
ａ）上面に前記サブミクロン要素を有するマイクロ光学デバイスプリフォームを用意するステップと、
ｂ）前記照明波長を有する光で前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記上面を照明するステップと、
ｃ）デジタルカメラで前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記上面を撮像することによって、画素マトリックスを含む前記上面の位置揃え像を生成するステップであって、前記位置揃え像は、各画素が前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記上面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされ、前記一定距離は前記照明波長の半分未満である、ステップと、
ｄ）前記位置揃え像および前記一定距離を用いて、前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記上面に対する画像座標系を定義するステップと、
ｅ）前記位置揃え像を用いて、前記画像座標系における、基準点の座標および前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記上面の前記サブミクロン要素の向きを決定するステップと、
ｆ）前記位置揃え像を用いて、前記画像座標系におけるマイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標を決定するステップと、
ｇ）ステップ（ｅ）で決定した前記基準点の座標および前記サブミクロン要素の向きならびにステップ（ｆ）で決定した前記ビームスポットの前記初期座標を用いて、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記サブミクロン要素の一部分上に位置揃えするステップと、
ｈ）前記マイクロ加工レーザで前記マイクロ光学デバイスプリフォームのデバイス材料を加工することによって、前記少なくとも１つの微細要素を前記サブミクロン要素上に形成し、前記マイクロ光学デバイスを完成するステップと、
を包含する方法。
前記マイクロ光学デバイスは、多機能光学アレイ、回折光学素子、またはビームシェーパーのうち少なくとも１つである、請求項１３に記載の方法。
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記マイクロ加工レーザによって、前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記上面の位置揃え部に、較正マークをアブレーションするステップと、
ｆ２）前記位置揃え像における前記較正マークの中心の位置を決定するステップと、
ｆ３）前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｄ）で定義された前記画像座標系を用いて、前記画像座標系における前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットの前記初期座標を決定するステップと、
を包含する、請求項１３に記載の方法。
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記マイクロ加工レーザによって、前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記上面の前記位置揃え部に第２の較正マークをアブレーションするステップであって、前記第２の較正マークは前記２つの較正マークの中心が所定距離離れているように配置されている、ステップと、
ｄ２）前記位置揃え像における前記２つの較正マークの前記中心間の画素数に基づいて、前記一定距離を決定するステップと、
ｄ３）前記位置揃え像における前記２つの較正マークの位置およびステップ（ｄ２）で決定した前記一定距離を用いて、前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義するステップと、
を包含する、請求項１５に記載の方法。
前記一定距離は所定の距離であり、
ステップ（ｄ）は、前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置、前記画素マトリックス、および前記一定距離を用いて、前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義することを包含する、
請求項１５に記載の方法。
前記マイクロ光学デバイスプリフォームは、それぞれの中心が所定距離離れているように配置された２つの基準マークを有し、
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記位置揃え像における前記２つの基準マークの前記中心間の画素数に基づいて、前記一定距離を決定するステップと、
ｄ２）ステップ（ｆ２）で決定した前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｄ１）で決定した前記一定距離を用いて、前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義するステップとを包含する、
請求項１５に記載の方法。
前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記サブミクロン要素は、デバイス加工スレッショルドを有する前記デバイス材料から形成されており、
前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記上面の前記位置揃え部は、前記デバイス加工スレッショルド未満であるコーティングアブレーションスレッショルドを有するコーティング材でコーティングされており、
ステップ（ｆ１）は、前記マイクロ加工レーザを、前記デバイス加工スレッショルド未満でありかつ前記コーティングアブレーションスレッショルドより大きい位置揃えピークフルエンスで動作させることにより、前記較正マークを前記位置揃え部の前記コーティング材にのみアブレーションすることを包含し、
ステップ（ｈ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記デバイス加工スレッショルドより大きい加工ピークフルエンスで動作させることにより、前記サブミクロン要素の前記デバイス材料における前記少なくとも１つの微細要素を加工することを包含する、
請求項１５に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザの光ビームはビーム経路に沿って伝播し、前記ビーム経路は、
前記ビーム経路に配置されたピンホールを有する横方向に移動可能なピンホールマスクと、
前記ピンホールのピンホール直径よりも小さいビームスポット直径を有する前記ビームスポットを、前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記上面上に生成する縮小光学系と、を有しており、
ステップ（ｇ）は、前記ピンホール直径の前記ビームスポット直径に対する比に基づき、前記横方向に移動可能なピンホールマスクをスケール化した量だけ移動させることにより、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記サブミクロン要素の前記部分上に位置揃えすることを包含する、
請求項１３に記載の方法。
ステップ（ｇ）は、前記マイクロ光学デバイスプリフォームを移動させることにより、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記マイクロ光学デバイスプリフォームの前記サブミクロン要素の前記部分上に位置揃えすることを包含する、請求項１３に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザは超高速レーザまたはエキシマレーザのいずれかである、請求項１３に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザは超高速レーザであり、
前記上面上の前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットの半波高全幅値（ＦＷＨＭ）は回折限界であり、
ステップ（ｈ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記上面の前記超高速レーザのパルスにより加工されるエリアの直径が前記ビームスポットの前記ＦＷＨＭ未満であるような加工フルエンスで動作させることにより、前記サブミクロン要素の前記デバイス材料における前記少なくとも１つの微細要素を加工することを包含する、
請求項１３に記載の方法。
ステップ（ｈ）における前記デバイス材料の加工は、前記デバイス材料をアブレーションすることまたは前記デバイス材料の構造を永久的に変更することのいずれかを包含する、請求項１３に記載の方法。
サブミクロン要素上に少なくとも１つの微細要素を有するマイクロメカニカルオシレータを製造する方法であって、前記少なくとも１つの微細要素は、製造中において前記デバイスを撮像するために用いられる照明波長未満の公差で前記サブミクロン要素上に配置され、前記方法は、
ａ）上面に前記サブミクロン要素を有するマイクロメカニカルオシレータプリフォームを用意するステップと、
ｂ）前記照明波長を有する光で前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記上面を照明するステップと、
ｃ）デジタルカメラで前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記上面を撮像することによって、画素マトリックスを含む前記上面の位置揃え像を生成するステップであって、前記位置揃え像は、各画素が前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記上面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされ、前記一定距離は前記照明波長の半分未満である、ステップと、
ｄ）前記位置揃え像および前記一定距離を用いて、前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記上面に対する画像座標系を定義するステップと、
ｅ）前記位置揃え像を用いて、前記画像座標系における、基準点の座標および前記マイクロメカニカルオシレータの前記上面の前記サブミクロン要素の向きを決定するステップと、
ｆ）前記位置揃え像を用いて、前記画像座標系におけるマイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標を決定するステップと、
ｇ）ステップ（ｅ）で決定した前記基準点の座標および前記サブミクロン要素の向きならびにステップ（ｆ）で決定した前記ビームスポットの前記初期座標を用いて、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記サブミクロン要素の一部分上に位置揃えするステップと、
ｈ）前記マイクロ加工レーザで前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームのデバイス材料を加工することによって、前記少なくとも１つの微細要素を前記サブミクロン要素上に形成し、前記マイクロメカニカルオシレータを完成するステップと、
を包含する方法。
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記マイクロ加工レーザによって、前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記上面の位置揃え部に、較正マークをアブレーションするステップと、
ｆ２）前記位置揃え像における前記較正マークの中心の位置を決定するステップと、
ｆ３）前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｄ）で定義された前記画像座標系を用いて、前記画像座標系における前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットの前記初期座標を決定するステップと、
を包含する、請求項２５に記載の方法。
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記マイクロ加工レーザによって、前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記上面の前記位置揃え部に第２の較正マークをアブレーションするステップであって、前記第２の較正マークは前記２つの較正マークの中心が所定距離離れているように配置されている、ステップと、
ｄ２）前記位置揃え像における前記２つの較正マークの前記中心間の画素数に基づいて、前記一定距離を決定するステップと、
ｄ３）前記位置揃え像における前記２つの較正マークの位置およびステップ（ｄ２）で決定した前記一定距離を用いて、前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義するステップと、
を包含する、請求項２６に記載の方法。
前記一定距離は所定の距離であり、
ステップ（ｄ）は、前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置、前記画素マトリックス、および前記一定距離を用いて、前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義することを包含する、
請求項２６に記載の方法。
前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームは、それぞれの中心が所定距離離れているように配置された２つの基準マークを有し、
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記位置揃え像における前記２つの基準マークの前記中心間の画素数に基づいて、前記一定距離を決定するステップと、
ｄ２）ステップ（ｆ２）で決定した前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｄ１）で決定した前記一定距離を用いて、前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義するステップとを包含する、
請求項２６に記載の方法。
前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記サブミクロン要素は、デバイス加工スレッショルドを有する前記デバイス材料から形成されており、
前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記上面の前記位置揃え部は、前記デバイス加工スレッショルド未満であるコーティングアブレーションスレッショルドを有するコーティング材でコーティングされており、
ステップ（ｆ１）は、前記マイクロ加工レーザを、前記デバイス加工スレッショルド未満でありかつ前記コーティングアブレーションスレッショルドより大きい位置揃えピークフルエンスで動作させることにより、前記較正マークを前記位置揃え部の前記コーティング材にのみアブレーションすることを包含し、
ステップ（ｈ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記デバイス加工スレッショルドより大きい加工ピークフルエンスで動作させることにより、前記サブミクロン要素の前記デバイス材料における前記少なくとも１つの微細要素を加工することを包含する、
請求項２６に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザの光ビームはビーム経路に沿って伝播し、前記ビーム経路は、
前記ビーム経路に配置されたピンホールを有する横方向に移動可能なピンホールマスクと、
前記ピンホールのピンホール直径よりも小さいビームスポット直径を有する前記ビームスポットを、前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記上面上に生成する縮小光学系と、を有しており、
ステップ（ｇ）は、前記ピンホール直径の前記ビームスポット直径に対する比に基づき、前記横方向に移動可能なピンホールマスクをスケール化した量だけ移動させることにより、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記サブミクロン要素の前記部分上に位置揃えすることを包含する、
請求項２５に記載の方法。
ステップ（ｇ）は、前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームを移動させることにより、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記マイクロメカニカルオシレータプリフォームの前記サブミクロン要素の前記部分上に位置揃えすることを包含する、
請求項２５に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザは超高速レーザまたはエキシマレーザのいずれかである、請求項２５に記載の方法。
前記マイクロメカニカルオシレータの共鳴スペクトルは、前記サブミクロン要素上に加工された前記少なくとも１つの微細要素によってチューニングされる、請求項２５に記載の方法。
ステップ（ａ）は、
ａ１）前記マイクロメカニカルオシレータを作動させるステップと、
ａ２）前記マイクロメカニカルオシレータの初期共鳴スペクトルを決定するステップと、
ａ３）ステップ（ａ２）で決定した前記初期共鳴スペクトルを、所定の共鳴スペクトルに対して比較するステップと、
ａ４）ステップ（ａ３）の比較に基づいて、前記少なくとも１つの微細要素の前記サブミクロン要素上の所望の形状を決定するステップとを包含し、
ステップ（ｈ）は、前記マイクロ加工レーザで、前記少なくとも１つの微細要素を、前記サブミクロン要素上においてステップ（ａ４）で決定した前記所望の形状を有するように加工することを包含する、
請求項３４に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザは超高速レーザであり、
前記上面上の前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットの半波高全幅値（ＦＷＨＭ）は回折限界であり、
ステップ（ｈ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記上面の前記超高速レーザのパルスにより加工されるエリアの直径が前記ビームスポットの前記ＦＷＨＭ未満であるような加工フルエンスで動作させることにより、前記サブミクロン要素の前記デバイス材料における前記少なくとも１つの微細要素を加工することを包含する、
請求項２５に記載の方法。
ステップ（ｈ）における前記デバイス材料の加工は、前記デバイス材料をアブレーションすることまたは前記デバイス材料の構造を永久的に変更することのいずれかを包含する、請求項２５に記載の方法。
サブミクロン要素上に少なくとも１つの微細要素を有する、マイクロ構造のための鋳型を製造する方法であって、前記少なくとも１つの微細要素は、製造中において前記鋳型を撮像するために用いられる照明波長未満の公差で前記サブミクロン要素上に配置され、前記方法は、
ａ）上面に前記サブミクロン要素を有する鋳型プリフォームを用意するステップと、
ｂ）前記照明波長を有する光で前記鋳型プリフォームの前記上面を照明するステップと、
ｃ）デジタルカメラで前記鋳型プリフォームの前記上面を撮像することによって、画素マトリックスを含む前記上面の位置揃え像を生成するステップであって、前記位置揃え像は、各画素が前記鋳型プリフォームの前記上面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされ、前記一定距離は前記照明波長の半分未満である、ステップと、
ｄ）前記位置揃え像および前記一定距離を用いて、前記鋳型プリフォームの前記上面に対する画像座標系を定義するステップと、
ｅ）前記位置揃え像を用いて、前記画像座標系における、基準点の座標および前記鋳型プリフォームの前記上面の前記サブミクロン要素の向きを決定するステップと、
ｆ）前記位置揃え像を用いて、前記画像座標系におけるマイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標を決定するステップと、
ｇ）ステップ（ｅ）で決定した前記基準点の座標および前記サブミクロン要素の向きならびにステップ（ｆ）で決定した前記ビームスポットの前記初期座標を用いて、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記鋳型プリフォームの前記サブミクロン要素の一部分上に位置揃えするステップと、
ｈ）前記マイクロ加工レーザで前記鋳型プリフォームの鋳型材料をアブレーションすることによって、前記少なくとも１つの微細要素を前記サブミクロン要素上に形成し、前記鋳型を完成するステップと、
を包含する方法。
前記鋳型上に形成される前記マイクロ構造は、量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、マイクロ電気機械システム、マイクロ回路、ポリメラーゼ連鎖反応マイクロシステム、有害な化学および生物物質検出のためのバイオチップ、高スループットドラッグスクリーニングおよび選択マイクロシステム、マイクロ表面弾性波デバイス、またはマイクロメカニカルオシレータのうち少なくとも１つである、請求項３８に記載の方法。
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記マイクロ加工レーザによって、前記鋳型プリフォームの前記上面の位置揃え部に、較正マークをアブレーションするステップと、
ｆ２）前記位置揃え像における前記較正マークの中心の位置を決定するステップと、
ｆ３）前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｄ）で定義された前記画像座標系を用いて、前記画像座標系における前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットの前記初期座標を決定するステップと、
を包含する、請求項３８に記載の方法。
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記マイクロ加工レーザによって、前記鋳型プリフォームの前記上面の前記位置揃え部に第２の較正マークをアブレーションするステップであって、前記第２の較正マークは前記２つの較正マークの中心が所定距離離れているように配置されている、ステップと、
ｄ２）前記位置揃え像における前記２つの較正マークの前記中心間の画素数に基づいて、前記一定距離を決定するステップと、
ｄ３）前記位置揃え像における前記２つの較正マークの位置およびステップ（ｄ２）で決定した前記一定距離を用いて、前記鋳型プリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義するステップと、
を包含する、請求項４０に記載の方法。
前記一定距離は所定の距離であり、
ステップ（ｄ）は、前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置、前記画素マトリックス、および前記一定距離を用いて、前記鋳型プリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義することを包含する、
請求項４０に記載の方法。
前記鋳型プリフォームは、それぞれの中心が所定距離離れているように配置された２つの基準マークを有し、
ステップ（ｄ）は、
ｄ１）前記位置揃え像における前記２つの基準マークの前記中心間の画素数に基づいて、前記一定距離を決定するステップと、
ｄ２）ステップ（ｆ２）で決定した前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｄ１）で決定した前記一定距離を用いて、前記鋳型プリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義するステップとを包含する、
請求項４０に記載の方法。
前記鋳型プリフォームの前記サブミクロン要素は、鋳型アブレーションスレッショルドを有する前記鋳型材料から形成されており、
前記鋳型プリフォームの前記上面の前記位置揃え部は、前記鋳型アブレーションスレッショルド未満であるコーティングアブレーションスレッショルドを有するコーティング材でコーティングされており、
ステップ（ｆ１）は、前記マイクロ加工レーザを、前記鋳型アブレーションスレッショルド未満でありかつ前記コーティングアブレーションスレッショルドより大きい位置揃えピークフルエンスで動作させることにより、前記較正マークを前記位置揃え部の前記コーティング材にのみアブレーションすることを包含し、
ステップ（ｈ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記鋳型アブレーションスレッショルドより大きいアブレーションピークフルエンスで動作させることにより、前記サブミクロン要素の前記デバイス材料に前記少なくとも１つの微細要素をアブレーションすることを包含する、
請求項４０に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザの光ビームはビーム経路に沿って伝播し、前記ビーム経路は、
前記ビーム経路に配置されたピンホールを有する横方向に移動可能なピンホールマスクと、
前記ピンホールのピンホール直径よりも小さいビームスポット直径を有する前記ビームスポットを、前記鋳型プリフォームの前記上面上に生成する縮小光学系と、を有しており、
ステップ（ｇ）は、前記ピンホール直径の前記ビームスポット直径に対する比に基づき、前記横方向に移動可能なピンホールマスクをスケール化した量だけ移動させることにより、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記鋳型プリフォームの前記サブミクロン要素の前記部分上に位置揃えすることを包含する、
請求項３８に記載の方法。
ステップ（ｇ）は、前記鋳型プリフォームを移動させることにより、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記鋳型プリフォームの前記サブミクロン要素の前記部分上に位置揃えすることを包含する、
請求項３８に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザは超高速レーザまたはエキシマレーザのいずれかである、請求項３８に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザは超高速レーザであり、
前記上面上の前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットの半波高全幅値（ＦＷＨＭ）は回折限界であり、
ステップ（ｈ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記上面の前記超高速レーザのパルスによりアブレーションされるエリアの直径が前記ビームスポットの前記ＦＷＨＭ未満であるようなアブレーションフルエンスで動作させることにより、前記サブミクロン要素の前記鋳型材料に前記少なくとも１つの微細要素をアブレーションすることを包含する、
請求項３８に記載の方法。
フォトニック結晶に欠陥を形成する方法であって、前記方法は、
ａ）上面を有するフォトニック結晶ワークピースを用意するステップであって、前記フォトニック結晶ワークピースの上面は、
位置揃え部と、
格子間材料中の複数のエアホールから形成されたフォトニック結晶部であって、各エアホールは欠陥形成中において前記ワークピースを撮像するために用いられる照明波長未満の直径を有しており、前記複数のエアホールのうち２つの中心は所定距離離れている、フォトニック結晶部と、
を有している、ステップと、
ｂ）マイクロ加工レーザによって、前記フォトニック結晶ワークピースの前記位置揃え部に、原点マークをアブレーションするステップと、
ｃ）前記照明波長を有する光で前記フォトニック結晶ワークピースの前記上面を照明するステップと、
ｄ）デジタルカメラで前記フォトニック結晶ワークピースの前記上面を撮像することによって、画素マトリックスを含む前記上面の位置揃え像を生成するステップであって、前記位置揃え像は、各画素が前記フォトニック結晶ワークピースの前記上面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされ、前記一定距離は前記照明波長の半分未満である、ステップと、
ｅ）前記位置揃え像における、前記所定距離によって隔てられた前記２つのエアホールの前記中心間の画素数に基づいて、前記一定距離を決定するステップと、
ｆ）前記位置揃え像における前記原点マークの位置、前記画素マトリックス、およびステップ（ｅ）で決定した前記一定距離を用いて、前記位置揃え像における前記較正マークの中心の位置を決定し、前記フォトニック結晶ワークピースの前記上面に対する画像座標系を定義するステップと、
ｇ）前記位置揃え像を用いて、前記画像座標系における、前記フォトニック結晶ワークピースの前記上面の前記フォトニック結晶部の前記複数のエアホールの中心の座標を決定するステップと、
ｈ）前記位置揃え像における前記原点マークの位置を用いて、前記画像座標系における、前記マイクロ加工レーザのビームスポットの初期座標を決定するステップと、
ｉ）ステップ（ｇ）で決定した前記エアホールの座標およびステップ（ｈ）で決定した前記ビームスポットの前記初期座標を用いて、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記フォトニック結晶部の欠陥位置上に位置揃えするステップと、
ｊ）前記マイクロ加工レーザで前記フォトニック結晶部の前記欠陥位置における格子間材料を加工することによって、前記欠陥を形成するステップと、
を包含する方法。
前記格子間材料はワークピース加工スレッショルドを有しており、
前記フォトニック結晶ワークピースの前記上面の前記位置揃え部は、前記ワークピース加工スレッショルド未満であるコーティングアブレーションスレッショルドを有するコーティング材でコーティングされており、
ステップ（ｂ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記ワークピース加工スレッショルド未満でありかつ前記コーティングアブレーションスレッショルドより大きい位置揃えピークフルエンスで動作させることにより、前記原点マークを前記位置揃え部の前記コーティング材にのみアブレーションすること、
ステップ（ｊ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記ワークピース加工スレッショルドより大きい加工ピークフルエンスで動作させることにより、前記欠陥位置における前記格子間材料を加工することを包含する、
請求項４９に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザの光ビームはビーム経路に沿って伝播し、前記ビーム経路は、
前記ビーム経路に配置されたピンホールを有する横方向に移動可能なピンホールマスクと、
前記ピンホールのピンホール直径よりも小さいビームスポット直径を有する前記ビームスポットを、前記フォトニック結晶ワークピースの前記上面上に生成する縮小光学系と、を有しており、
ステップ（ｉ）は、前記ピンホール直径の前記ビームスポット直径に対する比に基づき、前記横方向に移動可能なピンホールマスクをスケール化した量だけ移動させることにより、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記フォトニック結晶ワークピースの前記フォトニック結晶部の前記欠陥位置上に位置揃えすることを包含する、
請求項４９に記載の方法。
ステップ（ｉ）は、前記フォトニック結晶ワークピースを移動させることにより、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記フォトニック結晶ワークピースの前記フォトニック結晶部の前記欠陥位置上に位置揃えすることを包含する、
請求項４９に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザは超高速レーザまたはエキシマレーザのいずれかである、請求項４９に記載の方法。
前記フォトニック結晶の透過スペクトルは、ステップ（ｊ）で形成された前記欠陥によってチューニングされる、
請求項４９に記載の方法。
ステップ（ａ）は、
ａ１）前記フォトニック結晶の前記透過スペクトルを決定するステップと、
ａ２）ステップ（ａ１）で決定した前記透過スペクトルを、所定の透過スペクトルに対して比較するステップと、
ａ３）ステップ（ａ２）の比較に基づいて、前記欠陥の形状および前記欠陥位置を決定するステップとを包含し、
ステップ（ｊ）は、前記欠陥位置に、ステップ（ａ３）で決定した前記形状を有する前記欠陥を形成することを包含する、
請求項５４に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザは超高速レーザであり、
前記上面上の前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットの半波高全幅値（ＦＷＨＭ）は回折限界であり、
ステップ（ｊ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記上面の前記超高速レーザのパルスにより加工されるエリアの直径が前記ビームスポットの前記ＦＷＨＭ未満であるような加工フルエンスで動作させることにより、前記フォトニック結晶ワークピースの前記格子間材料における前記少なくとも１つの微細要素を加工することを包含する、
請求項４９に記載の方法。
ステップ（ｊ）における前記格子間材料の加工は、前記格子間材料をアブレーションすることまたは前記格子間材料の屈折率を永久的に変更することのいずれかを包含する、請求項４９に記載の方法。
レーザマイクロ加工システムによって、それぞれ少なくとも１つの複数のカスタム化要素を有する複数のマイクロ構造を大量カスタマイゼーションする方法であって、前記方法は、
ａ）それぞれ上面および前記上面上のサブミクロン要素を有する複数のマイクロ構造プリフォームを用意するステップと、
ｂ）前記複数のマイクロ構造プリフォームのうちあるマイクロ構造プリフォームと、前記複数のカスタム化要素のうち少なくとも１つのカスタム化要素とを選択するステップであって、前記少なくとも１つのカスタム化要素は、カスタマイゼーション中において前記マイクロ構造を撮像するために用いられる照明波長未満の公差で前記サブミクロン要素上に配置される、ステップと、
ｃ）前記レーザマイクロ加工システム中において、前記選択されたマイクロ構造プリフォームを粗位置揃えするステップと、
ｄ）前記照明波長を有する光で前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面を照射するステップと、
ｅ）デジタルカメラで前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面を撮像することによって、画素マトリックスを含む前記上面の位置揃え像を生成するステップであって、前記位置揃え像は、各画素が前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされ、前記一定距離は前記照明波長の半分未満である、ステップと、
ｆ）前記位置揃え像および前記一定距離を用いて、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面に対する画像座標系を定義するステップと、
ｇ）前記位置揃え像を用いて、前記画像座標系における、基準点の座標および前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面の前記サブミクロン要素の向きを決定するステップと、
ｈ）前記位置揃え像を用いて、前記画像座標系における、前記レーザマイクロ加工システムのビームスポットの初期座標を決定するステップと、
ｉ）ステップ（ｇ）で決定した前記基準点の座標および前記サブミクロン要素の向き、ステップ（ｈ）で決定した前記ビームスポットの前記初期座標、およびステップ（ｂ）で選択した前記少なくとも１つのカスタム化要素を用いて、前記レーザマイクロ加工システムの前記ビームスポットを、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記サブミクロン要素の一部分上に位置揃えするステップと、
ｊ）前記レーザマイクロ加工システムで、前記選択されたマイクロ構造プリフォームのデバイス材料を加工することによって、ステップ（ｂ）で選択した前記少なくとも１つのカスタム化要素を、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記サブミクロン要素上に形成することにより、カスタマイズされたマイクロ構造を形成するステップと、
ｋ）ステップ（ａ）で用意された各前記複数のマイクロ構造プリフォームについて、ステップ（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）、および（ｊ）を繰り返すステップと、
を包含する方法。
大量カスタマイゼーションされる前記複数のマイクロ構造は、マイクロ構造鋳型、量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、マイクロ電気機械システム、マイクロ回路、マイクロ表面弾性波デバイス、またはマイクロメカニカルオシレータのうち少なくとも１つである、請求項５８に記載の方法。
ステップ（ｈ）は、
ｈ１）前記マイクロ加工レーザで、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面の位置揃え部に、較正マークをアブレーションするステップと、
ｈ２）前記位置揃え像における前記較正マークの中心の位置を決定するステップと、
ｈ３）前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｆ）で定義された前記画像座標系を用いて、前記画像座標系における前記レーザマイクロ加工システムの前記ビームスポットの前記初期座標を決定するステップと、
を包含する、請求項５８に記載の方法。
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記マイクロ加工レーザによって、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面の前記位置揃え部に第２の較正マークをアブレーションするステップであって、前記第２の較正マークは前記２つの較正マークの中心が所定距離離れているように配置されている、ステップと、
ｆ２）前記位置揃え像における前記２つの較正マークの前記中心間の画素数に基づいて、前記一定距離を決定するステップと、
ｆ３）前記位置揃え像における前記２つの較正マークの位置およびステップ（ｆ２）で決定した前記一定距離を用いて、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義するステップと、
を包含する、請求項６０に記載の方法。
前記一定距離は所定の距離であり、
ステップ（ｆ）は、前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置、前記画素マトリックス、および前記一定距離を用いて、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義することを包含する、
請求項６０に記載の方法。
前記選択されたマイクロ構造プリフォームは、それぞれの中心が所定距離離れているように配置された２つの基準マークを有し、
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記位置揃え像における前記２つの基準マークの前記中心間の画素数に基づいて、前記一定距離を決定するステップと、
ｆ２）ステップ（ｈ２）で決定した前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｆ１）で決定した前記一定距離を用いて、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面に対する前記画像座標系を定義するステップと、
を包含する、請求項６０に記載の方法。
前記複数のマイクロ構造プリフォームの前記サブミクロン要素は、デバイス加工スレッショルドを有する前記デバイス材料から形成されており、
前記複数のマイクロ構造プリフォームの前記上面の前記位置揃え部は、前記デバイス加工スレッショルド未満であるコーティングアブレーションスレッショルドを有するコーティング材でコーティングされており、
ステップ（ｈ１）は、前記マイクロ加工レーザを、前記デバイス加工スレッショルド未満でありかつ前記コーティングアブレーションスレッショルドより大きい位置揃えピークフルエンスで動作させることにより、前記較正マークを前記位置揃え部の前記コーティング材にのみアブレーションすることを包含し、
ステップ（ｊ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記デバイス加工スレッショルドより大きい加工ピークフルエンスで動作させることにより、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記サブミクロン要素の前記デバイス材料に、ステップ（ｂ）で選択した前記少なくとも１つの微細要素を加工することを包含する、
請求項６０に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザの光ビームはビーム経路に沿って伝播し、前記ビーム経路は、
前記ビーム経路に配置されたピンホールを有する横方向に移動可能なピンホールマスクと、
前記ピンホールのピンホール直径よりも小さいビームスポット直径を有する前記ビームスポットを、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記上面上に生成する縮小光学系と、を有しており、
ステップ（ｉ）は、前記ピンホール直径の前記ビームスポット直径に対する比に基づき、前記横方向に移動可能なピンホールマスクをスケール化した量だけ移動させることにより、前記レーザマイクロ加工システムの前記ビームスポットを、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記サブミクロン要素の前記部分上に位置揃えすることを包含する、
請求項５８に記載の方法。
ステップ（ｉ）は、前記選択されたマイクロ構造プリフォームを移動させることにより、前記レーザマイクロ加工システムの前記ビームスポットを、前記選択されたマイクロ構造プリフォームの前記サブミクロン要素の前記部分上に位置揃えすることを包含する、請求項５８に記載の方法。
前記レーザマイクロ加工システムのマイクロ加工レーザは、超高速レーザまたはエキシマレーザのいずれかである、請求項５８に記載の方法。
前記レーザマイクロ加工システムのマイクロ加工レーザは超高速レーザであり、
前記上面上の前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットの半波高全幅値（ＦＷＨＭ）は回折限界であり、
ステップ（ｊ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記上面の前記超高速レーザのパルスにより加工されるエリアの直径が前記ビームスポットの前記ＦＷＨＭ未満であるような加工フルエンスで動作させることにより、前記サブミクロン要素の前記デバイス材料における前記少なくとも１つの微細要素を加工することを包含する、
請求項５８に記載の方法。
ステップ（ｊ）における前記デバイス材料の加工は、前記デバイス材料をアブレーションすることまたは前記デバイス材料の構造を永久的に変更することのいずれかを包含する、請求項５８に記載の方法。
上面上にサブミクロン欠陥を有するマイクロ構造をレーザマイクロ加工システムによって補修する方法であって、前記サブミクロン欠陥の加工は、補修中において前記マイクロ構造を撮像するために用いられる照明波長未満の精度で行われ、前記方法は、
ａ）前記欠陥を有するマイクロ構造を、前記欠陥を有するマイクロ構造に隣接した位置揃え面を有する補修マウントに結合するステップと、
ｂ）前記レーザマイクロ加工システム中において、前記レーザマイクロ加工システムのマイクロ加工レーザのビームスポットが前記補修マウントの前記位置揃え面に入射するように、前記補修マウントを粗位置揃えするステップと、
ｃ）前記マイクロ加工レーザによって、補修マウントの前記位置揃え面に、較正マークをアブレーションするステップと、
ｄ）前記照明波長を有する光で前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面および前記補修マウントの前記位置揃え面を照明するステップと、
ｅ）デジタルカメラで前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面および前記補修マウントの前記位置揃え面を撮像することによって、画素マトリックスを含む前記上面の位置揃え像を生成するステップであって、前記位置揃え像は、各画素が前記被撮像面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされ、前記一定距離は前記照明波長の半分未満である、ステップと、
ｆ）前記位置揃え像における前記較正マークの中心の位置を決定し、前記位置揃え像、前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置、および前記一定距離を用いて、前記被撮像面に対する画像座標系を定義するステップと、
ｇ）前記位置揃え像を用いて、前記画像座標系における前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面の前記サブミクロン欠陥の座標を決定するステップと、
ｈ）前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｆ）で定義された前記画像座標系を用いて、前記画像座標系における前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットの初期座標を決定するステップと、
ｉ）ステップ（ｇ）で決定した前記サブミクロン欠陥の座標およびステップ（ｈ）で決定した前記ビームスポットの前記初期座標を用いて、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記サブミクロン欠陥の一部分上に位置揃えするステップと、
ｊ）前記マイクロ加工レーザで前記欠陥を有するマイクロ構造のデバイス材料を加工することによって、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記サブミクロン欠陥を補修するステップと、
を包含する方法。
補修されるマイクロ構造は、マイクロ構造鋳型、量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、マイクロ電気機械システム、マイクロ回路、マイクロ表面弾性波デバイス、マイクロメカニカルオシレータ、ポリメラーゼ連鎖反応マイクロシステム、有害な化学および生物物質検出のためのバイオチップ、または高スループットドラッグスクリーニングおよび選択マイクロシステムのうち少なくとも１つを含む、請求項７０に記載の方法。
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記マイクロ加工レーザによって、前記補修マウントの前記位置揃え面に第２の較正マークをアブレーションするステップであって、前記第２の較正マークは前記２つの較正マークの中心が所定距離離れているように配置されている、ステップと、
ｆ２）前記位置揃え像における前記第２の較正マークの中心の位置を決定するステップと、
ｆ３）前記位置揃え像における前記２つの較正マークの前記中心間の画素数に基づいて、前記一定距離を決定するステップと、
ｆ４）前記位置揃え像における前記２つの較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｆ３）で決定した前記一定距離を用いて、前記被撮像面に対する前記画像座標系を定義するステップと、
を包含する、請求項７０に記載の方法。
前記一定距離は所定の距離であり、
ステップ（ｆ）は、前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置、前記画素マトリックス、および前記一定距離を用いて、前記被撮像面に対する前記画像座標系を定義することを包含する、
請求項７０に記載の方法。
前記欠陥を有するマイクロ構造は、それぞれの中心が所定距離離れているように配置された２つの基準マークを有し、
ステップ（ｆ）は、
ｆ１）前記位置揃え像における前記２つの基準マークの前記中心間の画素数に基づいて、前記一定距離を決定するステップと、
ｆ２）前記位置揃え像における前記較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｆ１）で決定した前記一定距離を用いて、前記被撮像面に対する前記画像座標系を定義するステップと、
を包含する、請求項７０に記載の方法。
前記欠陥を有するマイクロ構造の前記サブミクロン欠陥は、デバイス加工スレッショルドを有する前記デバイス材料から形成されており、
前記補修マウントの前記位置揃え面は、前記デバイス加工スレッショルド未満である位置揃えアブレーションスレッショルドを有する位置揃え材料から形成されており、
ステップ（ｃ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記デバイス加工スレッショルド未満でありかつ前記位置揃えアブレーションスレッショルドより大きい位置揃えピークフルエンスで動作させることにより、前記較正マークを前記位置揃え面の前記位置揃え材料にアブレーションすることを包含し、
ステップ（ｊ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記デバイス加工スレッショルドより大きい補修ピークフルエンスで動作させることにより、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記デバイス材料における前記サブミクロン欠陥を補修することを包含する、
請求項７０に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザの光ビームはビーム経路に沿って伝播し、前記ビーム経路は、
前記ビーム経路に配置されたピンホールを有する横方向に移動可能なピンホールマスクと、
前記ピンホールのピンホール直径よりも小さいビームスポット直径を有する前記ビームスポットを、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記上面および前記補修マウントの前記位置揃え面に生成する縮小光学系と、を有しており、
ステップ（ｉ）は、前記ピンホール直径の前記ビームスポット直径に対する比に基づき、前記横方向に移動可能なピンホールマスクをスケール化した量だけ移動させることにより、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記サブミクロン欠陥の前記部分上に位置揃えすることを包含する、
請求項７０に記載の方法。
ステップ（ｉ）は、前記補修マウントを移動させることにより、前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットを、前記欠陥を有するマイクロ構造の前記サブミクロン欠陥の前記部分上に位置揃えすることを包含する、請求項７０に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザは超高速レーザまたはエキシマレーザのいずれかである、請求項７０に記載の方法。
補修される前記マイクロ構造はマイクロ回路を含み、
前記サブミクロン欠陥は短絡である、
請求項７０に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザは超高速レーザであり、
前記上面上の前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットの半波高全幅値（ＦＷＨＭ）は回折限界であり、
ステップ（ｊ）は、前記マイクロ加工レーザを、前記上面の前記超高速レーザのパルスにより加工されるエリアの直径が前記ビームスポットの前記ＦＷＨＭ未満であるような加工フルエンスで動作させることにより、前記サブミクロン欠陥の前記デバイス材料を加工することを包含する、
請求項７０に記載の方法。
ステップ（ｊ）における前記デバイス材料の加工は、前記デバイス材料をアブレーションすることまたは前記デバイス材料の構造を永久的に変更することのいずれかを包含する、請求項７０に記載の方法。
少なくとも１つのサブミクロン要素を有する、予め存在するマイクロ構造の加工のための予備較正において用いられる照明波長の回折限界よりも大きな位置揃え公差を達成するように、レーザマイクロ加工システムを予備較正する方法であって、前記方法は、
ａ）前記レーザマイクロ加工システムのマイクロ加工レーザのビームスポットが前記位置揃えブランクの上面に入射するように、位置揃えブランクを前記レーザマイクロ加工システム中に装着するステップと、
ｂ）前記マイクロ加工レーザによって、前記位置揃えブランクの前記上面に第１の較正マークおよび第２の較正マークをアブレーションするステップであって、前記２つの較正マークは前記２つの較正マークの中心が所定距離離れているように配置されている、ステップと、
ｃ）前記照明波長を有する光で前記位置揃えブランクの前記上面を照明するステップと、
ｄ）デジタルカメラで前記位置揃えブランクの前記上面を撮像することによって、画素マトリックスを含む前記上面の位置揃え像を生成するステップであって、前記位置揃え像は、各画素が前記被撮像面上の一定距離に対応する幅を有するようなスケールにされ、前記一定距離は前記照明波長の半分未満である、ステップと、
ｅ）前記位置揃え像における前記２つの較正マークの前記中心間の画素数に基づいて、前記一定距離を決定するステップと、
ｆ）前記位置揃え像における前記２つの較正マークの中心の位置を決定し、前記位置揃え像における前記２つの較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｅ）で決定した前記一定距離を用いて、前記デジタルカメラによって撮像される表面に対する画像座標系を定義するステップと、
ｇ）前記位置揃え像における前記第２の較正マークの前記中心の位置およびステップ（ｆ）で定義された前記画像座標系を用いて、前記画像座標系における前記マイクロ加工レーザの前記ビームスポットの初期座標を決定するステップと、
ｈ）前記位置揃えブランクを前記レーザマイクロ加工システムから取り除くステップと、
ｉ）加工されるべき前記予め存在するマイクロ構造のうち１つを、前記マイクロ加工レーザのビームスポットが前記１つの予め存在するマイクロ構造の加工面に入射するように、前記レーザマイクロ加工システム中に装着するステップと、
を包含する方法。
加工される前記予め存在するマイクロ構造は、マイクロ構造鋳型、量子セルラーオートマトン、結合量子ドットデバイス、共鳴トンネルデバイス、多機能光学アレイ、回折光学素子、ビームシェーパー、マイクロレンズアレイ、光学ディフューザ、ビームスプリッタ、レーザダイオード補正器、微細ピッチ格子、フォトニック結晶、マイクロ電気機械システム、マイクロ回路、マイクロ表面弾性波デバイス、マイクロメカニカルオシレータ、ポリメラーゼ連鎖反応マイクロシステム、有害な化学および生物物質検出のためのバイオチップ、または高スループットドラッグスクリーニングおよび選択マイクロシステムのうち少なくとも１つを含む、請求項８２に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザの光ビームはビーム経路に沿って伝播し、前記ビーム経路は、
前記ビーム経路に配置されたピンホールを有する横方向に移動可能なピンホールマスクと、
前記ピンホールのピンホール直径よりも小さいビームスポット直径を有する前記ビームスポットを、前記デジタルカメラによって撮像される前記表面上に生成する縮小光学系と、を有している、
請求項８２に記載の方法。
前記マイクロ加工レーザは超高速レーザまたはエキシマレーザのいずれかである、請求項８２に記載の方法。